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Les galaxies sont des systèmes tentaculaires composés de poussières, de gaz, de matière noire et d'un million à un billion d'étoiles, le tout maintenu par la gravité. Presque toutes les grandes galaxies compteraient également en leur centre des trous noirs supermassifs. Dans la nôtre, la Voie lactée, le Soleil n'est qu'une étoile parmi 100 à 400 milliards d'autres en orbite autour de Sagittarius A*, un trou noir supermassif d'une masse équivalente à quatre millions de soleils.

Plus nous portons loin notre regard dans l'univers, plus nous voyons de galaxies. Une étude parue en 2016 estime que l'univers observable contiendrait deux billions de galaxies, soit deux millions de millions ou en écriture scientifique, 1012. Aussi éloignés soient-ils, certains de ces systèmes ont des points communs avec notre Voie lactée alors que d'autres lui ressemblent moins.

Types de galaxies

Avant le 20e siècle, nous ne savions pas qu'il existait des galaxies en dehors de la Voie lactée ; face à leur allure de nuage brumeux, les astronomes de l'époque les classaient dans la catégorie des « nébuleuses ». Il faudra attendre 1920 et la démonstration de l'astronome Edwin Hubble pour que la « nébuleuse » d'Andromède soit enfin considérée comme une galaxie à part entière. Compte tenu de la distance qui la sépare de notre planète, la lumière émise par la galaxie d'Andromède met 2,5 millions d'années à nous parvenir. Malgré cette formidable distance, Andromède est la grande galaxie la plus proche de notre Voie lactée et sa luminosité est suffisante pour être visible à l'œil nu dans le ciel nocturne de l'hémisphère Nord.

La plupart des galaxies appartiennent à la classe des galaxies normales, qui ont une luminosité constante dont l'énergie est due aux étoiles et à la matière interstellaire qu'elles contiennent. Une minorité de galaxies externes, environ 2 %, appartiennent à la classe des galaxies actives qui ont des luminosités inhabituellement élevées et variables et dont l'énergie est en grande partie d'origine non stellaire.

Les galaxies normales ont certaines caractéristiques en commun. La gravité maintient ensemble les milliards d'étoiles, et la région la plus dense se trouve au centre, appelée noyau ou renflement. Certaines galaxies ont des bras en spirale ou en moulinet. Toutes les galaxies ont une région extérieure ou enveloppe peu lumineuse et un mystérieux halo de matière noire.

Le classement des galaxies selon la Séquence d'Hubble

En 1936, Hubble instaure une classification des galaxies en les regroupant selon quatre types principaux en fonction du type d'énergie qu'elles émettent : elliptique, lenticulaire, spirale et irrégulière.

Les galaxies elliptiques (E)

Environ 10 à 15% des galaxies observées sont de type elliptique. Ces galaxies ont une forme elliptique et sont souvent pauvres en gaz et en poussière. Elles contiennent principalement des étoiles âgées et peu de nouvelles formations stellaires. Les galaxies elliptiques de Hubble ont été classées en fonction de l'ellipticité de la galaxie et ont reçu un type Hubble :

E = 10 x (1 – b/a )
où a = demi-grand axe et b = demi-petit axe de l'ellipse.
Les valeurs observées vont de E0 (section circulaire – une galaxie sphérique) à E7 (la plus aplatie).

Les galaxies lenticulaires (SO)

Environ 5 à 10% des galaxies sont de type lenticulaire. Ces galaxies présentent une forme en spirale, avec un noyau central entouré de bras spiraux.

Situées dans la fourche du diagramme de classification de Hubble et à mi-chemin entre les galaxies elliptiques et spirales, se trouvent les galaxies S0/SB0 . Ces galaxies présentent des renflements proéminents , mais pas de bras spiraux.

Les galaxies spirales (S)

Les galaxies spirales sont classées en fonction du rapport entre la luminosité du bulbe et celle du disque, et de la quantité d'enroulement des bras spiraux. Les galaxies spirales de type Sa ont des bulbes proéminents (luminosité bulbe/disque ~ 0,3), des bras étroitement enroulés ( angle d'inclinaison ~ 0,6), et les étoiles dans les bras spiraux sont distribuées de manière très uniforme. Les spirales de type Sc ont les bulbes les moins proéminents (luminosité bulbe/disque ~ 0,05) et des bras faiblement enroulés (angle d'inclinaison ~ 0,18) qui se décomposent en amas d'étoiles et en régions HII.

Les galaxies spirales barrées

Dans les spirales barrées, les bras spiraux ne partent pas directement du bulbe, mais d'une barre étendue d'étoiles qui traverse le bulbe. Elles partagent la même gamme de classifications que les spirales non barrées, du type SBa au SBc selon la proéminence du bulbe et l'enroulement des bras spiraux.

Les galaxies irrégulières (irr)

Une extension ultérieure de la classification de Hubble fut l'inclusion de galaxies irrégulières en deux classes : Irr I comprenait des galaxies irrégulières qui montraient un soupçon de structure organisée (comme les Grands et Petits Nuages ​​de Magellan), tandis que Irr II regroupait les galaxies irrégulières qui étaient complètement désorganisées.

Pour en savoir plus

Cours de Françoise Combes, professeur du Collège de France :

La naissance de la séquence de Hubble

Amas et fusions de galaxies

Certaines galaxies existent seules ou en système binaire, mais la plupart font partie d'ensembles plus grands connus sous le nom de groupes, amas et superamas.

Le Groupe Local

La Voie lactée s'inscrit dans le Groupe Local qui s'étend sur 10 millions d'années-lumière environ et inclut notamment la galaxie d'Andromède et ses satellites.

Le Groupe Local contient plus de 60 galaxies auquel appartient la Voie lactée. Son diamètre est d’environ trois millions de parsecs (soit environ dix millions d'années-lumière). Le Groupe local semble être un représentant typique des groupes de galaxies qui se trouvent dans l’Univers. Il possède à peu près tous les types usuels de galaxies, à l’exception des galaxies elliptiques géantes, qui ne sont jamais présentes dans des structures aussi petites.

• Les deux membres principaux de ce groupe sont la galaxie d’Andromède (M31) et la Voie lactée, chacune d’elles possédant son propre système de galaxies satellites.
• Autour de la Voie lactée gravitent les deux nuages de Magellan et les galaxies du Grand Chien, du Sagittaire, de la Petite Ourse, du Dragon, de la Carène, du Sextant, du Sculpteur, du Fourneau, du Lion I, du Lion II et du Toucan. La galaxie naine du Grand Chien est la galaxie la plus proche de la nôtre, à environ 25 000 années-lumière de distance.
• Le sous-groupe d'Andromède comprend M32, la galaxie du Triangle (M33), M110, NGC 147, NGC 185, Andromeda I, Andromeda II, Andromeda III et Andromeda IV. La galaxie du Triangle (M33), la troisième plus grande galaxie du Groupe local, possède probablement la galaxie naine des Poissons comme satellite.
• Les autres membres du Groupe local sont gravitationnellement indépendants de ces larges sous-groupes.

Le Groupe local forme un ensemble considéré comme typique de quelques dizaines de galaxies. Cet ensemble interagit faiblement avec ses voisins, tels le groupe IC 342/Maffei, le filament du Sculpteur ou le nuage des Chiens de Chasse. Tous sont situés en périphérie d'un amas de galaxies relativement massif, appelé amas de la Vierge (parfois, quoique rarement, appelé « Amas local »). L'amas de la Vierge est lui-même le centre d'une structure plus vaste, le superamas de la Vierge (ou Superamas local). Le Groupe local s'éloigne aujourd'hui de l'amas de la Vierge (du fait de l'expansion de l'Univers), mais il n'est pas exclu que la proximité de ce dernier et la masse du Superamas local dans sa totalité soient à terme suffisantes pour retenir le Groupe local et le faire tomber sur lui.

Le Groupe local subira, dans environ quatre milliards d'années, la fusion des deux principales galaxies qui le composent, la Voie Lactée et la galaxie d'Andromède (M31). Lien vers la galaxie d'andromède.

Le superamas de la Vierge

• Le Super amas de la Vierge est constitué de deux éléments : un disque et un halo. Le disque a plus ou moins la forme d'une crêpe et contient 60 % des galaxies lumineuses du superamas. Le halo comprend beaucoup d'objets allongés et comprend donc les 40 % d'éléments restants.
• Le diamètre du super amas est d'environ 200 millions d'années-lumière.
• Le super amas de la Vierge regroupe environ 10 000 galaxies, réparties dans une centaine d'amas dominés par l'amas de la Vierge situé près de son centre. Le Groupe local est situé près du bord et est attiré par l'amas de la Vierge.
• À partir de l'effet gravitationnel du super amas sur le mouvement des galaxies qui le constituent, on peut estimer que sa masse totale est environ 1015 masses solaires, soit 2 × 1046 kg. Comme sa luminosité est bien trop faible par rapport au nombre d'étoiles qui le composent, on suppose qu'une grande partie de sa masse est constituée de matière noire

Le super amas de la Vierge se situe dans le super amas Laniakea.

Le superamas Laniakea

Sa découverte par une équipe internationale d'astronomes composée de R. Brent Tully, de l'université d'Hawaï à Mānoa, d'Hélène Courtois, de l'université de Lyon I, de Yehuda Hoffman, de l'université hébraïque de Jérusalem, et de Daniel Pomarède, du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives, résultant d'une nouvelle façon de définir les super amas selon les vitesses radiales des galaxies, a été annoncée le 3 septembre 2014. Laniakea est le continent cosmique auquel appartient la Voie lactée.

Laniakea comporte quelques 100 000 galaxies semblables à la nôtre et un million de plus petites liées par la gravitation. Au centre de Laniakea se trouve le Grand Attracteur, une region à l'influence gravitationelle si forte qu'elle intrique des astronomes.

Laniakea peut être défini, en première approximation, comme un ensemble de trois super amas (le super amas de la Vierge, celui de l'Hydre-Centaure et celui du Paon-Indien) qui convergent, à une vitesse d'environ 6,30 × 105 m/s,vers le Grand attracteur.

C'est l'un des six millions de super amas qui existent dans l'Univers observable. Laniakea a une taille approximative de 160 Mpc (soit 520 millions d'années-lumière), ce qui en fait près de 4 % du rayon de l'Univers observable.

Laniakea signifie "horizon céleste immense" en hawaïen car sa découverte a été réalisée en partie grâce à l'observatoire du Mont Mauna Kea à Hawaï.

Origine des galaxies

Les premières étoiles de l'univers se sont embrasées environ 180 millions d'années après le Big Bang, l'événement explosif survenu il y a 13,8 milliards d'années qui marque les origines de l'univers tel que nous le connaissons. Lorsque l'univers passa le cap des 400 millions d'années, soit 3 % de son âge actuel, la gravité avait donné leur forme aux premières galaxies.

À quelques exceptions près, les astronomes pensent aujourd'hui que toutes les galaxies seraient entourées d'immenses halos de matière noire. Les modèles théoriques suggèrent par ailleurs que dans les premiers jours de l'univers, de vastes filaments de matière noire procuraient à la matière normale l'échafaudage gravitationnel dont elle avait besoin pour s'amalgamer et donner naissance aux premières galaxies.

La formation des galaxies reste toutefois sujette à débat. Certains pensent que les galaxies se sont formées à partir de petits amas ne dépassant pas le million d'étoiles, appelés amas globulaires, pendant que d'autres soutiennent que les galaxies sont apparues les premières pour ensuite former les amas globulaires. Il est également difficile de déterminer pour une galaxie donnée la proportion d'étoiles formées in situ, à partir de ses propres gaz, par rapport à celles nées dans d'autres galaxies puis arrivées plus tard.

En offrant aux astronomes la possibilité de scruter les contrées les plus éloignées de l'univers et, par la même occasion, ses plus jeunes années, des instruments comme le télescope spatial James-Webb de la NASA devraient permettre de résoudre les questions encore en suspens.

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