|
|
|
Au-delà de la Voie lactée La structure de l’univers : les amas de galaxies (IV) Observer des galaxies proches l'une de l'autre ou les comptabiliser sur une photographie ne suffit pas pour affirmer qu'elles appartiennent au même amas. Il faut encore vérifier qu'elles sont à la même distance. Hubble nous a appris qu'en raison de l'expansion de l'Univers, la distance et la vitesse d'éloignement des galaxies sont proportionnelles. En déterminant le décalage vers le rouge des raies visibles dans leur spectre, on peut donc calculer leur vitesse de récession et donc estimer leur distance.
C'est ainsi qu'on a découvert que la Voie Lactée s'entoure d'une cinquantaine de galaxies naines, quelques spiralées et irrégulières, plus une douzaine d'autres potentielles, formant ce qu'il est convenu d'appeler le Groupe Local ou l'Amas Local. Il s'étend dans une sphère d’environ 10 millions d’années-lumière de diamètre, grosso modo 100 fois le diamètre de la Voie Lactée. Dans ce groupe maintenu par la gravité, deux membres sont particulièrement brillants : la galaxie d'Andromède M31 et notre Galaxie. Voici liste des membres les plus brillants de l'Amas Local :
Comme on peut s'en rendre compte en observant le ciel en détail, les galaxies ne sont pas isolées dans l'espace. Elles se rassemblent pour former des amas, les plus proches regroupant quelques centaines d'entités. En 1958, George Abell[8] de Caltech recensa 2712 amas sur les plaques photographiques du Palomar Observatory Sky Survey (POSS) qui couvraient 30206 degrés carrés ! La photographie et l'étude spectrale permirent de confirmer l'existence de nombreux amas à moins de 400 millions d'années-lumière : les amas de la Couronne Boréale, de Coma, d'Hercule, de Persée, du Lion, de l'Hydre, de la Coupe, du Paon, de la Vierge, des Voiles, etc.
Dans ces amas, les galaxies vont souvent par paires et forment des couples physiques dont la séparation angulaire est inférieure au degré. 97 paires sont ainsi accessibles jusqu'à la magnitude 13. Quelquefois les galaxies peuvent être très étendues relativement aux distances qui les séparent: Abell, Fornax et Virgo comptent parmi les amas les plus vastes. Ils s'étendent en moyenne sur 30 millions d'années-lumière. En général ces amas rassemblent plus de 200 galaxies distantes les unes des autres d'environ 500000 années-lumière. Plusieurs amas, dont Coma et celui de la Couronne Boréale comptent plusieurs milliers de galaxies (36000 et 76000 respectivement). Leur masse équivaut à environ 2 millions de milliards (2x1015) de masses solaires ou 20000 fois la Voie Lactée ! Bien sûr il reste de petits amas lointains tel le Quintet de Stephan (5 galaxies), le Sextet de Seyfert (6 galaxies), le Triplet de Zwicky (3 galaxies), etc. Le plus éloigné est l'amas MS1054-03 (voir photographie ci-dessous) découvert par Pieter van Dokkum et Marijn Franx de l'Université de Groningen/Leiden aux Pays-Bas grâce au télescope Hubble en 1999. Il contient 81 galaxies et se situe à 8 milliards d'années-lumière ! Soumis à l'emprise de la gravitation dont les effets se ressentent principalement à grandes distances, ces amas de galaxies se regroupent en "superamas", chacun ne comprenant que 4 ou 5 amas. Ces superamas regroupent toutefois des centaines et des milliers de galaxies : Hydra, Centaurus, Virgo, etc. En 1960, Gérard de Vaucouleurs[9]
découvrit que l'Amas Local, entouré d'une vingtaine de petits amas et
d'une trentaine de galaxies isolées appartenait ainsi au "Superamas
de la Vierge". Il forme le "Superamas Local" et s'étend
sur environ 25 millions d'années-lumière. L’Amas Local semble être un
membre périphérique de cette structure gigantesque dont le centre se
situe à 600 millions d’années-lumière de la Voie Lactée.
Alors qu'on croyait l'univers homogène à toutes les échelles, en le sondant dans les trois dimensions les astronomes ont eu une étonnante vision de l'univers : les galaxies n'étaient pas uniformément réparties. A côté des amas et des superamas de galaxies rapidement reconnus (Coma, Virgo, etc.) ils ont mis en évidence des structures à grande échelle. Jusqu’à 300 millions d'années-lumière environ, les galaxies s'agglutinent dans des superamas n'occupant que quelques pourcents du volume. Ces gigantesques formations laissent autour d'elles de grands trous vides exempt de matière sur plus de 50 Mpc, tel le "trou du Bouvier" découvert en 1981 par l'astronome américain R.Kirshner et ses collaborateurs [10]. L'univers des galaxies prend la forme d'énormes bulles de savon.Les CfA, SDSS et 2MASS Surveys A partir de 1985, les astronomes ont mesuré les distances relatives d'environ 18000 galaxies proches comptant parmi les plus brillantes de l'hémisphère Nord. Après dépouillement et analyse des relevés, John Huchra, Margaret Geller et l'étudiante Valerie de Lapparent purent dresser une carte du ciel montrant la distribution des galaxies. En calculant les redshifts au moyen d'une "z-machine", ces astronomes ont pu déterminer leur vitesse radiale et transposer leur position dans un système de coordonnées sphériques centré sur la Voie Lactée. Cette vue a permis de présenter les premières "tranches d'univers" dès 1985.
La première représentation en coordonnées sphériques centrées sur la Voie Lactée est présentée à gauche. Réalisée en 1989 dans le cadre du CfA Redshift Survey 1985-1995, elle est basée sur les observations spectroscopiques d'environ 1100 galaxies réparties dans une bande large de 6° et longue de 130° à travers le ciel boréal et représente un espace de 600x250x30 millions d'années-lumière ! Les axes sont respectivement la coordonnée radiale (Z) exprimée en km/s et la coordonnée angulaire (l'équateur céleste) représentant la longitude. La mesure du redshift (Z) est basée sur une valeur de la constante de Hubble de 75km/s/Mpc. Parmi les découvertes qui ont été faites en découpant ainsi l'univers en tranches, John Huchra et son équipe ont mis en évidence une structure traversant le ciel entre 8 h et 17 h d'ascension droite animée d'une vitesse comprise entre 5000 et 10000 km/s qu'ils ont baptisée le "Grand Mur". A ce jour c'est la plus grande structure simple jamais détectée par de telles méthodes. Elle forme une sorte d'immense réseau de bulles de savons à travers le ciel à la jonction desquelles semblent s'agglutiner les galaxies (voir M.Geller et J.Huchra, Science, 260, p1175, 1989). Le Grand Mur forme une surface essentiellement à deux dimensions, contenant des amas et des groupes compacts de galaxies ainsi que quelques filaments et d'autres structures amorphes, principalement constituées de régions de faibles et fortes densités (voir Ramella, Geller et Huchra, ApJ 384, 404, 1992). L'amas de Coma représente l'une des parties denses et centrale de cette structure. A
consulter
: Carte de l'univers en 2D (2005) - La plus grande carte du ciel en 3D (2006)
En 2003 et 2004, grâce à des techniques optiques et infrarouges, deux nouvelles cartes de l'univers à grande échelle ont été réalisées, le SDSS 3D basé sur le survey du CfA et le 2MASS Survey, présentés ci-dessus. La combination de plusieurs études similaires (CfA, SSRS2, ORS, IRAS 1.2 Jy, LSC) a donné une vue exceptionnellement précise du Superamas Local, dans lequel les galaxies présentent des vitesses héliocentriques inférieures à 3000 km/s. On découvre ainsi qu'autour de son noyau l'amas de la Vierge occupe une place prépondérante.
Reporté en trois dimensions et sur des distances plus élevées, à l'échelle du milliard d'année-lumière comme le montre l'image 3D du SDSS et celle du 2MASS, la vue d'ensemble de ces dizaines de milliers de galaxies ressemble à une tapisserie sidérale, peut-être même localement périodique [11] selon certains, mais il faudra encore quelques années pour connaître la répartition spatiale de cet ensemble jusqu'aux confins de l'univers visible.Aujourd’hui, les moyens informatiques et la puissance des ordinateurs aidant, Brian Boyle de l’Observatoire Anglo-Australien AAO termine le recensement de ces millions de galaxies en trois dimensions. Pour la première fois on peut ainsi explorer virtuellement l’univers et découvrir la réelle dimension du cosmos et se rendre compte du grand isolement des galaxies. Actuellement le problème clé de l'astronomie consiste à expliquer ces grandes structures cosmiques. J’y reviendrai en détail dans le dossier consacré à la cosmologie à propos du problème de la matière et de l'énergie sombres.
Astrophotographie En marge du débat strictement scientifique, le lecteur disposant d'un télescope peut se demander si ces amas de galaxies sont accessibles à ses modestes moyens. La réponse est positive à condition toutefois d'utiliser du matériel et des accessoires adaptés à ce genre de sujet. Nous en reparlerons dans le dossier consacré au choix d'un télescope. Prochain chapitre Les interactions entre galaxies
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
