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L'univers et les galaxies

M31 photographiée par Bob Gendler avec un télescope Ritchey-Chrétien de 328 mm f/9 muni d'une caméra CCD SBIG-10. Compoiste LRGB.

La galaxie d'Andromède, M31

Au plus profond du cosmos

Notre Galaxie, la Voie Lactée, est isolée dans l'espace mais elle n'est pas toute seule. La galaxie la plus proche de nous est celle d'Andromède, M31. Elle se trouve à... 2.5 millions d'années-lumière, ce qui représente plus de vingt fois le diamètre de la Voie Lactée !

Entre les deux il n'y a rien, c'est le vide. Et comme il n'y a pas d'étoiles, pas d'air, pas de vent, bref rien du tout, il fait un froid glacial, -270°C ! C'est la température la plus basse du monde, que dis-je de l'Univers...

En revanche, près des nébuleuses ou des étoiles il peut faire très chaud, plus de 10000°C. Comme tu le vois, le vide de l'Univers est vraiment un endroit très inhospitalier où il ne fait pas bon vivre.

Au-delà de la Voie Lactée et de Messier 31, il existe des centaines de milliards d'autres galaxies. Certaines sont situées à plusieurs milliards d'années-lumière, si loin qu'elles paraissent comme des étoiles oranges, rouges ou bleues un peu floues dans un puissant télescope.

On a même découvert des galaxies à plusieurs milliards d'années-lumière ! Elles sont tellement pâles et petites que seul les télescopes mis en orbite (comme le Télescope Spatial Hubble) permettent de les voir et souvent uniquement par photographie !

A gauche la galaxie spirale M81 et la galaxie irrégulière M82 dans la constellation de la Grande Ourse. Ce couple de galaxies situé à environ 11 millions d'années-lumière. A droite l'amas de galaxies du Lion comprenant M65, M66 et NGC 3628. Ces trois galaxies sont situées à environ 35 millions d'années-lumière. Toutes les étoiles que tu vois autour de ces galaxies sont en fait situées à l'avant-plan; elles appartiennent à notre Galaxie à travers laquelle tu observes les autres galaxies. Comme des centaines d'autres galaxies tu peux les observer dans un petit télescope d'au moins 10 cm de diamètre. Elles ressemblent à de petites taches grises et un peu floues. Seule la photographie à longue pose permet de distinguer leur forme et leurs couleurs.

Les amas de galaxies

Les galaxies contiennent plusieurs dizaines ou centaines de milliards d'étoiles comme le Soleil et toute cette masse attire les galaxies voisines. Elle se rassemblent en général pour former des amas de galaxies et même parfois des amas d'amas de galaxies qu'on appelle des superamas de galaxies. Ils peuvent rassembler une poignée de galaxies comme l'amas de la Grande Ourse ou du Lion (voir photos ci-dessus) mais certains peuvent compter plusieurs dizaines de milliers de membres ! Ainsi la Voie Lactée fait partie du groupe Local qui comprend également la galaxie d'Andromède M31 ainsi que ces deux satellites M32 et NGC 205, la galaxie M33 du Triangle, NGC 147, NGC 185 et d'une quarantaine d'autres galaxies naines. Elles sont distribuées sur une distance d'environ 2 millions d'années-lumière.

Amas d'Hercule.

Amas de la Vièrge. Amas de Coma Berenices.

Les amas de galaxies de Hercule (Abell 2151), de la Vierge (Virgo) et celui de Coma (Abell 1656). Ils comprennent chacun plus de 30000 galaxies et s'étendent en moyenne sur 30 millions d'années-lumière. Leur masse représente environ 20000 fois la Voie Lactée !

Enfin, l'amas Local au centre duquel se trouve la Voie lactée est entouré d'une vingtaine de petits amas et d'une trentaine de galaxies isolées et forme le Superamas de la Vierge, également appelé le superamas Local. Il s'étend sur environ 25 millions d'années-lumière. L’amas Local se trouve sur le bord de cette structure dont le centre se situe à 600 millions d’années-lumière de la Voie Lactée.

Les collisions entre galaxies

Lorsque les galaxies se rapprochent les unes des autres, elles peuvent entrer en collision. Mais comme tu peux t'en rendre compte en observant les étoiles proches du Soleil et les autres galaxies au télescope, il y a beaucoup d'espace vide entre les étoiles et plus encore entre les galaxies. Aussi, lorsqu'elles entrent en collision, il ne se produit aucun impact, aucune explosion car les étoiles passent très loin les unes des autres. En fait c'est comme si tu mélangeais de l'air froid avec de l'air chaud ou du lait avec du choco : tu n'entends pas d'explosion dans ton verre et pourtant les deux matières sont bien mélangées ! Il se produit exactement la même chose avec les galaxies.

La collision entre deux galaxies

Simulation de la collision entre la Voie Lactée et la galaxie d'Andromède M31 qui se produira dans 3 milliards d'années. Les cinq étapes sont séparées d'environ 400 millions d'années. Cliquer sur l'image pour voir un agrandissement plus détaillé ou chaque étape est séparée de la suivante de 170 millions d'années. Clique ici pour charger une petite animation (mpeg de 1 MB).

En revanche, en raison de leur force de gravité, les trajectoires des étoiles sont fortement perturbées lorsqu'elles passent les unes près des autres. Etant donné qu'une galaxie est très grande et contient beaucoup d'étoiles, les deux galaxies vont se déformer durant plus d'un milliard d'années avant de fusionner ensemble et prendre une autre forme.

Quelquefois si les galaxies entrent doucement en collision, elles se déforment peu et conservent leur forme spirale après la collision mais parfois elles sont méconnaissables et prennent une forme irrégulière, leurs bras spiraux s'éloignant très loin dans l'espace tandis que leur noyau s'entoure de nuages de gaz très tourmentés, lançant des bras et des jets de matière dans tous les sens.

Des galaxies en collision photographiées par le Télescope Spatial Hubble. De gauche à droite, NGC 2207 et IC 2163, NGC 4038/39 dite "les Antennes" et Arp 273. Documents NASA/ESA/STScI.

L'univers ne se limite pas aux étoiles et aux galaxies. Il contient beaucoup d'autres objets qui ressemblent aux galaxies mais qui brillent beaucoup plus fort ou émettent des ondes radios, des rayons X ou gamma beaucoup plus intenses : ce sont les quasars.

Les quasars

Visuellement, les quasars ressemblent à des étoiles bleutées un peu floues mais contrairement aux étoiles, ils comptent parmi les objets les plus éloignés de l'univers. Il s'agit de galaxies dont le noyau émet beaucoup d'énergie. La plupart des quasars sont situés à plusieurs centaines de millions voire plusieurs milliards d'années-lumière !

3C273

Le quasar 3C273.

Sur les milliers de quasars catalogués, deux quasars sont visibles dans un petit télescope de 20 cm de diamètre : NGC 5128 Centaurus A de magnitude 7.6 et 3C273 dans la constellation de la Vierge de magnitude 12.8. Ce dernier photographié ici à gauche se trouve à plus de 2 milliards d'années-lumière et à le voir on croirait qu'il se trouve tout près de la Voie Lactée.  Tu le vois comme il était voici... 2 milliards d'années, quand la vie est apparue sur Terre ! Aujourd'hui ce quasar a sans doute disparu.

Malgré qu'ils soient situés très loin dans l'univers, les quasars sont souvent aussi lumineux que 1000 galaxies ! En fait les astronomes pensent que les quasars doivent leur intense énergie lumineuse et parfois radioélectrique à l'activité d'un immense trou noir qui se cacherait dans leur noyau... Mais comment sait-on qu'il s'agirait d'un trou noir puisqu'on ne le voit pas ?

Pour rappel, un trou noir est une étoile qui s'est effondrée sur elle-même et qui mesure quelques kilomètres de diamètre. Mais son attraction est si forte qu'il capture tout ce qui passe près de lui, même à 100 milliards de kilomètres, y compris les étoiles. Au bout de plusieurs milliards d'années, à force de capturer des étoiles et du gaz, il peut devenir gigantesque et atteindre des millions de kilomètres de diamètre.

Il est noir et donc invisible parce qu'il empêche même la lumière de quitter sa surface. Toutefois, tout le gaz qu'il capture s'enroule autour de lui comme dans un tourbillon, ce qui révèle sa présence dans l'espace.

Ainsi tu peux voir ci-dessous à gauche une galaxie (la partie grise) au centre de laquelle se trouve un anneau brillant jaune-orange (sur l'agrandissement de droite). Et bien le trou noir, invisible et minuscule à cette échelle, se trouve juste au milieu de l'image. C'est lui qui a formé l'anneau et qui est en train d'aspirer toute la matière qu'il contient à travers le petit tourbillon brillant que tu vois au centre !

A gauche, la galaxie NGC 4261 est sous l'emprise d'un trou noir. Sur l'image de gauche on voit la galaxie (en gris) ainsi que les deux jets de rayonnement radios (en orange). Au centre, un gros-plan sur l'anneau que l'on appelle un tore, qui est composé de gaz et de plasma très chauds. Il s'est formé suite à l'accumulation de matière qui s'est mise à tourbillonner autour du trou noir avant de s'y engouffrer. A droite, un d>essin montrant l'activité d'un trou noir situé au coeur d'une galaxie. C'est le trou noir qui émet ces deux jets de plasma, un peu comme la vapeur qui s'échappe d'une bouilloire trop chaude.

Le trou noir est le seul astre qui peut créer assez d'énergie pour expliquer l'intense rayonnement des quasars et des autres galaxies dont le noyau est très brillant et très actif.

Les astronomes ont découvert beaucoup de galaxies qui semblent abriter des trous noirs; toutes ont soit un noyau très brillant ou émettent des jets de matière très suspects à très grandes distances. On en a découvert dans le Grand Nuage de Magellan, dans la galaxie d'Andromède M31, dans le coeur de la galaxie "Sombrero" M104, celui de M82, etc. Il y aurait même un petit trou noir au coeur de la Voie Lactée.

Comme nous le verrons dans le prochain chapitre, à l'avenir ces trous noirs vont grossir et probalement absorber toutes les étoiles et même toutes les galaxies de l'univers...

Mais au fait, c'est quoi l'univers ? Pourquoi est-il si vaste, comment  est-il apparu et comment finira-t-il ? C'est l'objet du prochain chapitre.

Prochain chapitre

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