La matière d'une galaxie

Qu'est-ce qu'une galaxie ?

Une galaxie est une assemblée d'étoiles, de matière interstellaire, de gaz et probablement de grandes quantités de matière inconnue, appelée matière sombre ou matière noire. La cohésion de l'ensemble de la matière est assurée par les forces de gravitation. La matière totale de la Galaxie forme un halo sphérique beaucoup plus étendu que la galaxie elle-même. La masse d'une galaxie est d'un ordre de grandeur supérieur à cent millions de masses solaires. Les galaxies sont regroupées en amas de galaxies et interagissent avec leurs voisines au sein de l'amas. Ces interactions modifient en permanence leurs formes, leurs gaz sont absorbés par les galaxies voisines et certaines finissent par fusionner. Les interactions gravitationnelles entre galaxies représentent les forces de marée responsables de ces déformations. Les risques de collision de galaxies sont assez élevés. Compte tenu du grand vide qu'il y a à l'intérieur des galaxies, ces collisions ne sont que des accrochages, où les éraflures qui se limitent à un échange de gaz et à une perte d'étoiles extérieures, arrachées de leur galaxie. Les galaxies se déplacent dans l'amas à une vitesse de l'ordre de 1000 km/s. De temps en temps, la collision a lieu de "plein fouet", les galaxies fusionnent gravitationnellement, mais les étoiles ne se rencontrent pas et la nouvelle galaxie plus massive devient plus lumineuse.
Les galaxies sont de trois types : elliptiques, spirales, irrégulières. Comme les étoiles, qui sont regroupées en galaxies, la plupart des galaxies sont aussi gravitationnellement liées entre elles. La structure contenant jusqu'à une cinquantaine de galaxies est appelée 'groupe de galaxies'. La structure contenant plusieurs milliers de galaxies groupées dans un secteur de quelques mégaparsecs est un amas de galaxies.
Les groupes et amas de galaxies sont eux-mêmes regroupés en superamas, des collections géantes contenant des dizaines de milliers de galaxies.
À très grande échelle, la distribution des amas de galaxies n'est pas uniforme, mais organisée en plaques ou en filaments. Le télescope spatial Hubble envoie régulièrement des images qui nous montrent toute la diversité et la beauté des galaxies.

La voie lactée ou Galaxie avec un G majuscule, est aussi le nom donnée à notre galaxie, c’est une énorme roue spirale d'étoiles, d'un diamètre approximatif de 100 000 années-lumière. Notre galaxie est une grande galaxie spirale barrée d'environ 30 000 parsecs de diamètre et de 1 000 parsecs d'épaisseur. Comme nous sommes sur le bord de la Galaxie, ce qui apparait de la Terre, est la Voie lactée, la région centrale de notre galaxie, une bande continue d'étoiles. Notre Galaxie est en réalité composée de trois bras spiraux (Le bras Sagittarius, le bras d'Orion et le bras Perseus). La masse de notre Galaxie est de 2x10⁴¹ kg ou 10¹¹ masses solaires. Notre Soleil se situe à une distance d'environ 26 000 années-lumière du centre galactique, dans le bras d'Orion et tourne à une vitesse de 254 km/s autour du centre galactique, faisant un tour tous les 250 millions d'années. Le centre de nombreuses galaxies est occupé par un trou noir. Le trou noir de notre Galaxie est appelé Sagittarius A (Sgr A). Située dans la constellation d'Andromède, la Grande galaxie d'Andromède (M31) est identique à la notre, elle est située à 2,3 millions d'années-lumière. A elles deux, ces galaxies dominent la masse du groupe local. Le nombre de galaxies, quelques centaines de milliards, s'accroit chaque fois que nos télescopes spatiaux se perfectionnent, faisant ainsi reculer l'horizon.
Les protogalaxies ont dû se développer durant les Âges sombres de l'Univers, entre l'émission du fond diffus cosmologique et l'allumage des premières générations d'étoiles. La plupart des galaxies sont nées, 3 à 4 milliards d'années après le Big Bang. C’est la gravité qui a transformé des nuages diffus d'hydrogène et d'hélium, en embryons de galaxies. Ces embryons se sont effondrés sous l'effet de leur propre gravité. Cet effondrement a comprimé et chauffé la matière gazeuse, la transformant en des centaines de milliards de petites boules gazeuses, de quelques millions de degrés, appelées étoiles.
Le Grand et le Petit Nuage de Magellan sont des galaxies voisines de la nôtre, visibles aux latitudes australes. Elles sont avec la Voie Lactée et Andromède, les seules galaxies visibles à l'œil nu.

Image : La galaxie d'Andromède (M31) a une magnitude apparente de 3,38 ce qui la rend visible à l'œil nu. La lueur diffuse d'Andromède n'est autre que la lumière cumulée des centaines de milliards d'étoiles qui la composent. Les étoiles très brillantes que l'on voit au premier plan sur cette image, sont en réalité des étoiles de notre propre galaxie. En bas à droite on peut voir son compagnon, la galaxie naine NGC 205 ou M110. Le gros point brillant à 10 H très près du disque de M31, c'est M32 une autre galaxie naine compagnon. Les galaxies spirales sont les plus répandues, elles ressemblent à des ouragans cosmiques.
Crédit : Robert Gendler (robgendlerastropics.com)

N. B. : Les trois unités de mesure utiles en astronomie pour exprimer les distances :
- une année-lumière vaut 63 242,17881 UA soit exactement égale à 9 460 895 288 762 850 mètres.
- un parsec est égal à 206 270,6904 UA ou 3,2616 années-lumière soit 30 857 656 073 828 900 mètres.
- une unité astronomique vaut depuis le 30 Aout 2012, exactement 149 597 870 700 mètres.

Fusion de galaxies

Image : Cette image, à gauche, n'est pas impressionnante à première vue mais si l'on regarde bien, on voit ce qui était à l'origine une magnifique galaxie spirale avec un disque bien vertical, se faire déchirer par ses voisines de gauche et du bas. NGC 7173 est à gauche et NGC 7176 est en bas, quant à NGC 7174 à droite, nous voyons qu'elle subit les forces gravitationnelles destructrices de ses voisines. Les trois galaxies finiront par fusionner pour former un autre système stellaire, une autre galaxie plus grande qui donnera naissance à d'autres étoiles grâce à la gigantesque quantité de gaz et de poussières emmagasinée lors de la fusion. Crédit Nasa/Esa/Hubble.

Image : Lors de sa première observation, l'objet Mayall (à droite) a été décrit comme une nébuleuse puis comme une galaxie et maintenant ARP 148 représente la collision de deux galaxies. Image Credit: NASA, ESA, the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration, and A. Evans (University of Virginia, Charlottesville/NRAO/Stony Brook University)