Au-delà de la Voie lactée

La formation des galaxies (VI)

Comment expliquer l’évolution des galaxies et le fait que certaines d’entre elles émettent une puissance énergie ? On sait aujourd’hui que les différentes morphologies de galaxies correspondent à différentes évolutions^[18]. La clé de cette histoire repose sur l’homogénéité primordiale de l’Univers et sur l’influence plus ou moins forte de la matière et de l'énergie sombres (modèles HDM et LCDM)^[19] sur laquelle nous reviendrons en cosmologie.

Grâce aux analyses méticuleuses des données du satellite COBE effectués par le groupe du Dr Smoot du Laboratoire National Lawrence Berkeley (LBL) et en particulier des mesures effectuées par le radiomètre microonde différentiel (DMR) sensible à la polarisation linéaire, nous disposons aujourd’hui de cartes des premiers milliers et millions d'années d'existence de l'univers. 

Ces cartes en fausses couleurs nous expliquent comment les galaxies se sont formées. En plaçant ces différentes cartes en séquence chronologique, on constate que des fluctuations dans la densité de matière originale ont été amplifiées par l’attraction gravitationnelle, au point de freiner localement l’expansion de l’univers. Au bout de quelques millions d’années, la matière s’est trouvé en équilibre dans d’immenses halos plus ou moins sphériques d’un diamètre s’échelonnant entre quelques milliers et plusieurs millions d’années-lumière. Ces halos contenaient un plasma à haute température (10⁷ K) qui, en se refroidissant, réagit avec les particules chargées, induisant une importante émission de rayonnements X. Entraînée par la rotation du halo, la matière fut attirée vers les régions centrales et se mis en orbite dans son plan. D’immenses disques se formèrent alors au centre des halos. On pense qu’en leur centre se développa de gigantesques trous noirs qui pourraient expliquer la source d’énergie des actuels quasars. Ces disques tournant sur eux-mêmes, la matière alentour se rassembla et forma des bras spiraux constitués d’immenses nuages de gaz. Traversés par les ondes de choc, ces nuages donnèrent naissance aux premières étoiles. Selon la fréquence de ces formations naquirent les galaxies spirales de différents types.  

La distribution de l'énergie dans l'univers 1 million d'années après le Big Bang relevé par l'instrument DMR de COBE. On remarque déjà des fluctuations de densité larges de plusieurs millions d'années-lumière, prémisses des futurs halos de plasmas qui donnèrent naissance aux quasars et aux galaxies. Des structures comme le Grand Mur de galaxies qui s'étend sur plusieurs millions d'années-lumière ne serait qu'un point sur cette image !

Les galaxies contenant beaucoup de régions HII actives formèrent beaucoup d’étoiles très lumineuses et consumèrent rapidement tous leurs gaz. Elles présentent aujourd’hui une population de vieilles étoiles à laquelle se mêle de grandes quantités de poussière, leur donnant une coloration rougeâtre. A l’inverse, les petites galaxies irrégulières n’ont pas eu la masse suffisante pour développer des bras spiraux. Les étoiles naissent et meurent en désarticulant continuellement les champs gravitationnels.  

Un échantillonnage de quelques galaxies. Connectez-vous à l'Université de Princeton pour charger les images individuelles. Cliquer sur l'image pour l'agrandir à 30% de sa dimension réelle. Document réalisé par Zsolt Frei et James E.Gunn en 1999 pour le compte de la Princeton University Press.

Quant aux elliptiques géantes, elles constituent souvent la galaxie la plus brillante des amas extragalactiques. On a d’abord cru qu’elles avaient une structure et une dynamique similaires à celles des étoiles. Mais elles tournent sur elles-mêmes beaucoup plus lentement qu’un corps fluide, et leur dynamique apparaît vraisemblablement liée à un équilibre triaxial (d’où leur forme ellipsoïdale). Des simulations indiqueraient que ces galaxies qui présentent pour la plupart une forte concentration centrale se sont peut-être formées suite à l’interaction de galaxies spirales qui se sont relaxées au terme d’un mouvement graduellement amorti. Ces interactions ont transformé la plus grande partie du gaz sous forme d’étoiles^[20].

Enfin, les galaxies naines qui contiennent de nombreuses étoiles bleues sont peut-être les résidus de galaxies peu structurées qui ont été disloquées par l’explosion des étoiles de la première génération. La plupart d’entre elles sont relativement jeunes, distances de quelques milliards d’années-lumière tout au plus.  

Grâce au projet SDSS, Sloan Digital Sky Survey qui consiste à établir un relevé complet de 100 millions d'objets célestes, des étoiles et des galaxies du ciel boréal jusqu’à la 23^eme magnitude et couplé aux données infrarouges du programme DENIS de l’ESO, nous connaîtrons bientôt la distance d’un million de galaxies et de 100000 quasars ce qui permettra, du moins on l'espère, d'estimer la courbure de l’univers. Ce jour là nous entreverrons peut-être l’horizon cosmologique.

A gauche la galaxie spirale UGC 03214 (12.3'x8.8') dans la constellation d'Orion. Elle se déplace à 4840 km/s soit 1/16eme de la vitesse de la lumière ! A droite image infrarouge d'une région de 12'x12' dans le centre de la Voie lactée. Chaque point coloré représente une étoile. A l'instar du catalogue DSS, toute personne reliée à Internet peut interroger librement ces deux catalogues à distance et télécharger de belles photographies ou des cartes de relevés stellaires. Documents SDSS collaboration et ESO/DENIS/INSU/CNRS.

Cette histoire cache encore des zones d’ombre car les observations se sont longtemps limitées au spectre visible. Or comme nous le disions il y a un instant, depuis l’avènement des satellites et des caméras électroniques (CCD), les astronomes sont en mesure de sonder le ciel profond dans des rayonnements inaccessibles aux moyens traditionnels, en infrarouge, en lumière X et gamma, là où le décalage spectral enregistre ses plus grands records, à deux doigts de la main du Créateur.

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