Galaxies, les villes cosmiques de l’univers, expliquées par l’astrophysicien

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de Demandez à un Spaceman et Radio spatiale, et auteur de Comment mourir dans l’espace.

Galaxies sont des villes scintillantes, des métropoles massives pleines d’étoiles, de poussière, de gaz, de trous noirs, de champs magnétiques, de rayons cosmiques, de matière noire et plus encore. Séparées par des millions d’années-lumière de pratiquement rien, les galaxies sont incroyablement isolées, chacune une île.

Les astronomes ont identifié trois types de galaxies: spirales, elliptiques et irrégulières, et les différences entre ces types de galaxies révèlent leurs histoires compliquées.

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Le beau

Si vous deviez laisser une galaxie en grande partie seule, soumise uniquement à la fusion mineure occasionnelle (ou plus exactement à la consommation) d’une galaxie naine, elle développerait naturellement un ensemble de beaux bras en spirale.

Ces bras en spirale sont créés par des vagues de densité ondulant sur le disque de la galaxie, tournant et se chevauchant sur elles-mêmes. Ces vagues proviennent de sources telles que les galaxies qui passent à proximité, le casse-croûte galactique occasionnel et même des chaînes de supernova explosions.

Malgré l’apparence audacieuse des bras en spirale, ces structures ne sont pas beaucoup plus denses que la moyenne galactique, seulement d’environ 10% environ. Mais cette densité légèrement plus élevée provoque un embouteillage stellaire, déclenchant la formation de nouveaux lots d’étoiles. Essentiellement, les bras spiraux sont les sites de formation d’étoiles actives dans les galaxies spirales.

Dans les régions de formation d’étoiles, toutes sortes d’étoiles peuvent se former. Grands, lumineux, bleus. Blancs moyens. Petits, sombres, rouges. Mais à des millions d’années-lumière, nos yeux et nos télescopes repèrent le plus facilement les plus brillants, ce qui fait que les bras se démarquent visuellement beaucoup plus que leur densité seule ne le résulterait.

L’ennuyeux

La clé des beaux bras spiraux dans une galaxie est la rencontre ou la perturbation gravitationnelle occasionnelle – l’accent est mis sur le mot «occasionnel». Si une galaxie subit trop de collisions ou juste une grosse, la turbulence peut défigurer de façon permanente une galaxie, la privant à jamais de la chance de la beauté.

Le problème est l’événement de fusion lui-même. Lorsque les galaxies se heurtent, les étoiles elles-mêmes ne se heurtent pas réellement – il y a beaucoup trop d’espace vide pour que cela se produise. Mais toutes ces interactions gravitationnelles supplémentaires, plus une bonne dose de nuages ​​de gaz passant trop près les uns des autres, ont déclenché un cycle de formation d’étoiles de haute intensité. Au milieu d’un événement de fusion, qui peut prendre des centaines de millions d’années, le taux de formation d’étoiles peut monter en flèche à des dizaines, voire des centaines de fois plus élevé que la normale.

Pendant un moment, tout est spectaculaire. Enflammée d’étoiles fraîchement frappées, la galaxie brille plus que jamais. Hélas, cela ne durera pas. Toutes ces nouvelles étoiles ont un prix: en utilisant autant de matériaux de création d’étoiles si rapidement, la galaxie post-fusion cesse plus tôt de fabriquer des étoiles. En seulement quelques centaines de millions d’années, toutes les étoiles massives formées lors de la fusion meurent et disparaissent, sans aucune nouvelle étoile pour les remplacer.

Le résultat est un amas géant d’étoiles rouges sombres. Les bras en spirale jadis beaux sont en lambeaux et la galaxie est déformée. Avec suffisamment de temps, la galaxie désormais géante prend une forme elliptique, mais malgré sa grande taille, elle reste relativement sombre, s’accrochant à une existence triste et brisée pour des milliards d’années à venir.

Le moche

Alors que la plupart des galaxies de notre univers sont soit de belles, grandes spirales, soit des elliptiques géantes et ennuyeuses, il y a beaucoup de boules bizarres. Certaines galaxies semblent étirées et déformées comme si nous les regardions dans un miroir funhouse. Certaines galaxies semblent avoir des trous creusés à travers leurs centres. Certains ne sont que des épaves enchevêtrées et mutilées, à peine discernables comme n’importe quelle sorte de structure.

Le coupable derrière ces bizarreries est la gravité. L’influence gravitationnelle des galaxies les unes sur les autres tord et déforme la paire, attirant d’énormes queues de gaz, de poussière et d’étoiles hors de chaque galaxie comme le démêlage d’une spirale. Pendant quelques centaines de millions d’années, ces deux galaxies auront l’air très irrégulières.

Des collisions plus petites peuvent également créer des galaxies intéressantes. Par exemple, certaines galaxies semblent avoir été carottées après qu’une galaxie voisine ait labouré son centre, ouvrant un chemin à travers les étoiles.

Les galaxies irrégulières accueillent généralement une formation d’étoiles en cours, précisément parce que quelle que soit l’influence déformée, la galaxie a créé des renflements et des nœuds denses où suffisamment de matière peut se condenser pour former des étoiles.

Cela fait des irrégularités certaines des galaxies les plus intrigantes du marché – il n’y en a pas deux qui se ressemblent, mais elles sont toutes d’une beauté inquiétante.

Apprenez-en plus en écoutant l’épisode « AAS! 144: ASTRO101 PARTIE 6 – QUE SONT LES GALAXIES? » sur le podcast Ask A Spaceman, disponible sur iTunes et sur le Web à l’adresse http://www.askaspaceman.com. Merci à Mitchell L. pour les questions qui ont conduit à cette pièce! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter. Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom et sur Facebook.