Les galaxies

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Les galaxies Bonjour.   Je   vais   vous   expliquer,   dans   cet   exposé,   ce   qu'est   une   galaxie,   comment   elle  fonctionne, nait et évolue. ­> page 2 Commençons tout d'abord par la galaxie que nous connaissons le mieux : la nôtre, la  Voie  Lactée, que l'on peut admirer sur cette photographie (haut). Le nom vient de l'aspect d'une traînée  laiteuse qu'elle évoquait aux grecs. D'ailleurs, le mot galaxie veut dire exactement la même chose,  puisqu'il vient du grec  galax  qui veut dire  lait. Mais déjà dans l'antiquité grecque, Démocrite avant  compris que la Voie Lactée, malgré son aspect continu, n'était qu'un ensemble d'innombrables étoiles.

•  c'est exactemen le même principe que 
• lieu  des  
•  nuages   de 
• étoiles  parsemés
•  page 13 nous avons donc déjà  quelques conclusions sur les galaxies 
• amas   globulaires
•  page 10 cette image montre une observation d'une très petite zone du ciel faite avec le télescope spatial 
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Extrait

Les galaxies

Bonjour. Je vais vous expliquer, dans cet exposé, ce qu’est une galaxie, comment elle fonctionne, nait etévolue.

-> page 2 Commençons tout d’abord par la galaxie que nous connaissons le mieux : la nôtre, laVoie Lactée, que l’on peut admirer sur cette photographie (haut). Le nom vient de l’aspect d’une traînée laiteuse qu’elleévoquait aux grecs. D’ailleurs, le mot galaxie veut dire exactement la même chose, puisqu’il vient du grecgalax quiveut direlait. Mais déjàdans l’antiquitégrecque, Démocrite avant compris que la Voie Lactée, malgréson aspect continu, n’était qu’un ensemble d’innombrablesétoiles. L’image en bas montre ce qu’on peut observer de notre Galaxie dans le visible. Dans cette partie du rayonnement, beaucoup de la lumière desétoiles est cachée par des poussières que transportent le gaz qui se situe entre lesétoiles : on parle d’extinction interstellaire. Pour pouvoir observer directement les étoiles, on utilise des instruments détectant l’infrarouge.-> page 3effet, cette image montre la En même région du ciel mais cette fois-ci en infrarouge, oùles poussières deviennent transparentes. On peut donc voir les différentens structures d’étoiles de la galaxie, comme par exemple le bulbe au centre, et le disque le long du plan. -> page 4Comme le montre ce shéma, l’image que l’on voit ici est la projection sur la voûte du plan de la Galaxie, sur lequel se trouve le soleil.-> page 5Le shéma représente donc notre Galaxie vue de la tranche mais de l’extérieur. Son diamètre est de 100 000 années-lumières, ce qui veut dire que la lumière met cent mille ans pour traverser la Galaxie. Pour comparer, elle ne met qu’une seconde pour aller de la Luneàla terre, et 8 minutes pour venir du soleil jusqu’ànous. Par ailleurs, la Voie Lactée comporte environ 200 milliards d’étoiles.

-> page 6 D’autres galaxies sont connues et observablesànu. Par exemple, les l’oeilnuages de Magellan, observables dans l’hémisphère sud, sont des galaxies naines satellites de la Voie Lactée, c’est-à-dire qu’elles gravitent autour d’elle, qui va finir par les manger.-> page 7Une autre galaxie est très connue, c’est la galaxie d’Andromède, observable dans l’hémisphère nordàl’oeil nu (pour ceux qui ont des bons yeux) ou aux jumelles, où onne voit qu’une petite tâche laiteuse. Andromède, également appelée M31, est la galaxie non naine la plus proche de la nôtre,à2.5 millions d’années- lumières. Sa taille et sa forme sont très similairesàla Voie Lactée, et on voit sur cette image qu’elle possèdeégalement une petite galaxie naine satellite (en dessous). Andromède et la Voie Lactée s’attirent, et vont entrer en collision dans deux milliards d’années.

-> page 8 Voici d’autres galaxies connues, observées par différents grands télescopes. On remarque qu’il existe des formes variées : certaines sont “en boule”, d’autres avec la plupart desétoiles regroupées sur un disque sur lequel se dessinent des bras spiraux ou une barre.-> page 9Au début du 20ème siècle,

l’astronome Edwin Hubble, a classéles galaxies selon leurs formes. Il distingue deux grandes familles, leselliptiques(celles en forme de boule ovale), et lesspirales(celles en disque), cette dernière famille étant séparée en deux sous-classes : lesspirales barrées et lesspirales sans barre. -> page 10 Cette image montre une observation d’une très petite zone du ciel faite avec le télescope spatial Hubble (qui a pris son nomàl’astronome américain citéjuste avant). En observant très longtemps, la lumière s’accumule sur les instruments, et on peut voir les objets très peu lumineux parce que très lointains. Et cela permet donc d’observer beaucoup de galaxies. Plus de dix mille ontétédétectées dans cette toute petite zone du ciel, ce qui veut dire que si tout le ciel est autant peupléqu’ici, il y aurait des dizaines de milliards de galaxies en tout. Il faut comprendre que la plupart de ces galaxies ne sont pas liées entre elles physiquement, elles sont trèséloignées les unes des autres, ce n’est qu’un effet de perspective qui fait qu’elle sont proches sur la photographie. C’est exactemen le même principe que pour les constellations sur la voûte céleste. -> page 11il est vrai que les galaxies sont souvent regroup Maisées entre elles et forment un amas. Dans les images ici, c’est le contraire de la photographie précédente : ces galaxies sont bien proches les unes des autres, et s’attirent mutuellement.-> page 12fait qu’elles soient proches et Le s’attirent engendre forcément descollisionsou des intéractions.transparent montre diff Ceérentes intéractions qui existent entre deux galaxies. Par exemple, une petite galaxie peut perturber une grosse (en hautàgauche). Sur la grosse, cela provoque l’apparition de bras ou de barre, ouétirer la galaxie (en hautàdroite). Sur la petite, cela peut carrément la casser en deux (en basàgauche). Les intéractions peuvent donner des structures assez insolites, comme ici la galaxie dite de l’anneau.

-> page 13 Nous avons donc déjàquelques conclusions sur les galaxies : on sait qu’elles sont en grand nombre (dizaines de milliards), qu’elles ont des structures internes (disque, bras, barre), qu’elles ont des formes variées, et qu’elles se regroupent en amas et parfois interagissent.-> page 14Nous allons maintenant entrer plus dans les détails, et voir premièrement ce qu’est exactement une galaxie, et deuxièmement comment elle nait etévolue.

-> page 15 Tout d’abord,qu’est-ce qu’une galaxie ? Après le grec Démocrite, qui compris que la Voie Lactéeétait un ensemble d’étoiles, c’est le philosophe Kant qui donna la première explication moderne de la galaxie, en parlant d’univers-îles,à savoircomme des groupes d’étoiles parsemés dans un univers sansétoile. En terme scientifique, on parle desystème gravitationnel stable, puisque c’est la force de la gravitation (la même qui relie les planètes au Soleil, la Luneàla Terre, et fait tomber les pommes de l’arbre) qui les maintient ensemble, et qu’elles le restent un certain temps puisqu’on en observe beaucoup.-> page 16Mais une galaxie n’est pas seulement un groupe d’étoiles qui s’attirent, c’estégalement une formidableusine chimique avecdeuxélements : lesétoilesà90%, et le gazà 10%. Nous allons maintenant détailler ces deux caractéristiques d’une galaxie.

-> page 17d’abord le Toutsystème gravitationnel. On a déjàvu qu’il est stable.-> page 18 Mais le système estégalementen mouvement :lesétoiles tournent autour du centre de la galaxie, parfois de façon régulière en cercle sur le disque, parfois de façon irrégulière, en sortant du plan. C’est ce mouvement qui permet la stabilitéde la galaxie, car si lesétoiles n’avaient que la gravitation, qui les fait s’attirer, toutes finiraient par se regrouper au centre de la galaxie. Or les mouvements engendrent une force centrifuge (la même qui fait qu’une voiture qui prend trop vite un virage est poussée hors de la route), et vient contrecarrer la gravitation et crée unéquilibre. -> page 19plus d’ Enêtre stable et en mouvement, une galaxie n’est pas une masse informe : elle est souventstructurée.-> page 20On voit sur ces shémas de la Voie Lactée, une vue de la tranche et une vue du dessus, que plusieurs structures d’étoiles apparaissent : ledisque, auquel appartient le soleil, lebulbe, la forme allongée lumineuse au centre, et lehalo stellairequi englobe toutça, très peu dense, et principalement peupléd’amas globulaires, qui sont des petits grumeaux d’étoiles.-> page 21 Voici comment se forment ces structures : au début, la galaxie est une sphère qui tourne ; la gravitation attire lesétoiles vers le centre, la rotationéjecte lesétoiles perpendiculairementàl’axe de rotation ; la somme de ces deux forces fait que lesétoiles ne sont pas dirigées vers le centre, mais vont perpendiculairement au plan, et la sphère se transforme en disque. Mais quelquesétoiles avaient formés des grumeaux, et ceux-ci parviennentàrester en place. Voici donc comment se forment le disque et les amas globulaires du halo stellaire.-> page 22 Lesdeux galaxies présentées ici sont des galaxies qui fonctionnent selon cette strucure, avec bulbe, disque et amas globulaires. Andromède ressemble beaucoupàla Voie Lactée, et la galaxie du Sombrero, elle, présente un bulbe beaucoup plus gros. -> page 23 Nousavons donc déjàtrois structures : le bulbe, le disque et le halo stellaire.-> page 24Mais, quand on regarde plus particulièrement le disque, apparaissent d’autres sous-structures : desbras spiraux, desbarres, parfois même desanneaux.-> page 25Ces sous-structures peuventêtre provoquées par uneévolution propre de la galaxie, ou une perturbation extérieure (galaxie satellite).-> page 26Par ailleurs, comme il l’est indiquésur cette image du centre de Voie Lactée (la grande flèche représente une année-lumière, et la galaxie a un diamètre de cent mille années-lumières), très dense en étoiles, est présent un trou noir super massif. Un trou noir est un objet tellement massif que la graviation y esténorme et que même la lumière ne peut enéchapper.-> page 27 Nousavons donc également, en plus des structures d’étoiles et du gaz, un trou noir. Mais ce n’est peut-être pas la seule matière présente, car les calculs montrent qu’il manque une majoritéde la matière, dont on détecte les effets dans les mouvements desétoiles mais qu’on n’arrive pasàobserver.-> page 28On appelle cette matière, de nature encore inconnue et dont l’existence est discutée de nos jours, lamatière noire.

-> page 29Je l’ai déjàdit, en plus d’être un système gravitationnel, une galaxie est uneusine chimique. Le shéma suivant représente de façon symbolique les processus qui entrent en compte. Ceux- ci on principalement lieux dans les bras spiraux. Tout d’abord (haut du shéma), lamatière interstellaire(gaz hydrogène principalement et poussières) est contractée (suiteàdes zones de chocs dans les bras), et cette contraction fait naître desétoiles. Cesétoilesévoluent (droite), grossissent et deviennent des géantes rouges. Cetteévolution est dûaux réactions qui se passent au coeur desétoiles,

qui sont en fait de formidablescentrales nucléaires, transformant l’hydrogène enéléments plus lourds comme l’hélium, puis l’oxygène, le carbone, le fer, et tous leséléments qui nous constituent (nous sommes tous fils desétoiles). Suivant la masse de l’étoile, cetteévolution peut durer entre quelques millions d’annéesàplusieurs milliards d’années.-> page 30Vers la fin de la vie de l’étoile, plusieurs destins sont possibles : s’il s’agit d’uneétoile massive, elle explose ensupernova, et le résultat est comme l’image en haut : la matière aétééjectée lors de l’explosion, et il reste au centre uneétoileà neutron, résidu très massif mais peu lumineuse, voire un trou noir pour les très massives ; s’il s’agit au contraire d’uneétoile peu massive, comme le soleil, il ne se produit pas d’explosion, mais l’étoile envoie continûment de la matière autour d’elle, et il se forme ce qu’on appelle unenébuleuse planétaire(ce terme vient de l’aspect, mais n’a rienàvoir en fait avec des planètes). An centre, reste uneétoile appelée naine blanche, peu lumineuse. Dans les deux cas, de la matière est rejetée (gauche) dans la matière intestellaire environnant l’étoile, et la boucle est bouclée : cette matière intestellaire en se contractant formera de nouvellesétoiles, et ainsi de suite. Maisàchaque cycle, comme on l’a vu, les centrales nucléaires au centre desétoiles ont transforméun peu de l’hydrogène en d’autreséléments, et la matière réintroduite dans le milieu interstellaire est donc enrichie enéléments lourds. Ainsi, en mesurant le taux de ceséléments dans une région, on peut déduire le nombre de générations d’étoiles qu’il a fallu pour en arriver là, et ainsi estimer l’âge de la population d’étoiles observée.

-> page 31 Ona donc vu comment fonctionne une galaxie, voyons maintenant comment elle nait etévolue. Ces images correspondentàunesimulation numérique (doncun modèle) tentant de décrire commentévolue la distribution de matièreà très grande l’échelle sur les premiers millions d’années de l’univers. Les points lumineux sur ces images ne correpondent pasàdes objets lumineux, mais justement de la matière noireévoquée plus haut (il n’y a pas encore de matière visible au début). Le noir, lui, correspond au vide. On voit que la matière a tendanceàse regrouper en filaments, puisà former des grumeaux de plus en plus gros. La matière visible, elle, apparaîtàla fin au centre de ces gros grumeaux, ce qui correspondàla naissance de la galaxie. -> page 32 Unefois née, la galaxieévolue. On retrouve ici laclassification de Hubble, évoquée en début d’exposé. En fait, contrairementàce qu’on croyaitàl’époque de Hubble, les galaxies elliptiques, galaxies vieilles, ne sont pas les ancêtres des autres galaxies, maisle produit de la collision de deux galaxies spirales.-> page 33les simulations et les mod ainsi,èles réussissentà expliquer comment deux galaxies de taille analogue forment, après collision, une galaxie elliptique, c’est-à-dire en forme de boule ovale, et dépourvue du gaz (nécessaireàla formation d’étoiles) qui s’estéchappé pendant le choc. Parfois, comme on peut le voir sur l’image de droite, de telles collisions peuvent créer de véritables monstres : par exemple, ici, une galaxie elliptique a avaléune galaxie spirale qui passait par là. Au centre de ce monstre est présent ce qu’on appelle unnoyau actif de galaxie(active galaxy nucleusAGN), o :ù ontlieu des jets puissants de matière et une forteémission d’ondes radios, représentées ici par les lignes bleues.

-> page 34Nous arrivons maintenantàla conclusion : une galaxie est doncàla fois un système gravitationnel stable, en mouvement et structuré, et dont leséléments visible (gaz etétoiles) interagissent comme en une usine chimique. Ces galaxies sont regroupées en amas, et peuvent entrer en collision qiand elles sont proches. Et une telle collision entre deux spirales donne naissanceà une galaxie elliptique.

Fin