Description de l'image : Ce paysage céleste de l'amas de Persée est rempli d'un millier de galaxies elliptiques et lenticulaires colorées situées à près de 250 millions d'années-lumière de nous. Source APOD.
Comment expliquer que dans un univers si vaste, les galaxies soient relativement proches les unes des autres ?
Dans notre amas de galaxie (Groupe local), le diamètre de la Voie lactée est d'environ 100 000 années-lumière (a.l.). Le Groupe local, notre "quartier cosmique", est un ensemble d'une soixantaine de galaxies dont la Voie lactée fait partie. Les principaux membres du Groupe local sont la galaxie d'Andromède, le Triangle, le Grand et le Petit Nuage de Magellan et de nombreuses galaxies naines (Grand Chien, Barnard, Fornax, Carina, Leo, etc.).
• La Galaxie d'Andromède (M31) se situe à environ 2,5 millions d'années-lumière, c'est-à-dire à 25 fois le diamètre de la Voie Lactée.
• La Galaxie du Triangle (M33) se situe à environ 2,7 millions d'années-lumière, 2,7 fois le diamètre de la Voie Lactée.
• Le Grand Nuage de Magellan se situe à environ 163 000 années-lumière, 1,63 fois le diamètre de la Voie Lactée.
• Le Petit Nuage de Magellan se situe à environ 200 000 années-lumière, 2 fois le diamètre de la Voie Lactée.
Ces proportions montrent que les galaxies dans un amas de galaxies sont relativement proches les unes des autres.
N.B. : Andromède est en route pour une collision avec la Voie lactée. Les deux galaxies devraient fusionner dans environ 4 à 5 milliards d'années. Ce mouvement est principalement dû à la force gravitationnelle mutuelle des deux galaxies.
Dans une galaxie comme la Voie lactée, les étoiles sont séparées par des distances énormes comparées à leur taille. Par exemple, notre Soleil est situé à environ 4,24 années-lumière de l'étoile la plus proche, Proxima du Centaure, alors que le diamètre du Soleil lui-même est d'environ 1, 4 millions de km. Cela représente un rapport de séparation énorme, environ 28 millions de fois son diamètre.
La concentration relative des galaxies dans un univers si vaste est une énigme apparente qui trouve son explication dans les fondements mêmes de la cosmologie et de l'astrophysique.
Après le Big Bang, la matière dans l'univers était distribuée de manière relativement homogène. Cependant, de petites fluctuations dans la densité de la matière ont permis à certaines régions de s'effondrer gravitationnellement pour former des structures plus denses. La distribution non uniforme de la matière dans l'univers, notamment sous forme de matière noire, induit des instabilités gravitationnelles à grande échelle, favorisant la formation de structures cosmiques telles que les amas de galaxies. Le regroupement des galaxies explique leur proximité relative.
L'immensité des nuages moléculaires à partir desquels les étoiles se forment joue un rôle crucial dans les distances relatives entre les étoiles au sein des galaxies. Ces nuages peuvent être très vastes, avec des tailles de plusieurs années-lumière. De plus, il existe de vastes zones moins denses qui ne forment pas d'étoiles. Les étoiles sont des objets de masse relativement faible, confinés par la gravité collective de la galaxie. Elles n'ont donc pas de "liberté" de se déplacer à travers l'univers comme les galaxies le font dans les amas. Bien que les étoiles naissantes peuvent former des amas d'étoiles liées gravitationnellement, dans ces amas, les étoiles ne sont pas proches les unes des autres, elles peuvent être séparées par des distances allant jusqu'à quelques parsecs (environ 3,26 années-lumière).
Il peut sembler paradoxal que les galaxies soient relativement proches les unes des autres, alors que les étoiles au sein d'une même galaxie sont séparées par d'immenses distances relativement à leur taille.
La matière noire, une substance invisible qui interagit gravitationnellement avec la matière ordinaire, constitue la majeure partie de la masse de l'univers. Sa distribution inhomogène a influencé la formation des structures cosmiques, en attirant la matière visible vers les régions les plus denses. Ce qui explique que les galaxies ne sont pas disséminées au hasard, mais plutôt regroupées en ilots au sein d'un vaste océan de matière noire.
La gravité galactique confère aux étoiles une trajectoire bornée, les empêchant de se rapprocher librement.
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