Formation et évolution des galaxies - Définition
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Fusion de galaxies et formation de galaxies à disque
Les galaxies les plus massives sont les galaxies elliptiques géantes. Leurs étoiles sont sur des orbites orientées de façon aléatoire à l'intérieur de la galaxie. C'est-à-dire que leur rotation n'est pas combinée avec celle du disque de la galaxie. Elles se composent de vieilles étoiles et ne comportent pas ou très peu de poussière. Toutes les galaxies elliptiques trouvées à ce jour recèlent un trou noir supermassif central, et la masse de ces trous noirs est en corrélation avec celle de la galaxie elliptique. Les galaxies elliptiques ne sont pas entourées d'un disque, bien que quelques bulbes de galaxies à disque paraissent les assimiler aux galaxies elliptiques. Il est plus vraisemblable de trouver des galaxies elliptiques dans les régions les plus peuplées de l'Univers, telles que les amas de galaxies.
Les astronomes voient maintenant les galaxies elliptiques comme les systèmes les plus évolués de l'Univers. Que le moteur principal de l'évolution des galaxies elliptiques soit la fusion avec des galaxies de tailles inférieures est une idée maintenant largement acceptée. Ces fusions peuvent être extrêmement violentes ; les galaxies se télescopent souvent à des vitesses de 500 km.s-1 (soit de l'ordre de 2 millions de km.h-1).
Dans l'Univers, de nombreuses galaxies sont gravitationnellement liées à une autre, c'est-à-dire qu'elles n'échapperont jamais à leur attraction réciproque. Si les deux galaxies ont des tailles comparables, la galaxie résultante ne sera comparable à aucune des galaxies initiale. L'image ci-dessus à gauche représente la fusion de deux galaxies à disques d'égales dimensions. Durant la fusion, les étoiles et la matière noire de chacune des galaxies sont affectées par l'autre galaxie en approche. Vers les derniers stades de la fusion, le potentiel gravitationnel, la forme des galaxies, commence à changer si rapidement que les orbites des étoiles sont si profondément affectées et qu'elles perdent tout lien avec les orbites antérieures. Ce processus est dénommé la relaxation violente. Ainsi, lorsque deux disques galactiques entrent en collision, ils commencent avec leurs étoiles dans une rotation ordonnée dans le plan du disque. Durant la fusion, le mouvement ordonné est transformé en énergie chaotique. Et la galaxie résultante est dominée par des étoiles qui orbitent selon un réseau de trajectoires complexes et désordonnées. Et ce sont bien des étoiles sur des orbites chaotiques et désordonnées que l'on voit dans les galaxies elliptiques,
Les fusions sont aussi le lieu d'un nombre extrêmement important de formation d'étoiles. Pendant la durée d'une fusion, certaines galaxies peuvent créer chaque année l'équivalent de plusieurs centaines de masses solaires de nouvelles étoiles, ce qui est très grand en comparaison de notre galaxie qui produit de l'ordre de 10 étoiles chaque année. Bien que pendant une fusion, les étoiles ne se rapprochent presque jamais suffisamment pour entrer en collision, les nuages moléculaires géants tombent rapidement vers le centre de la galaxie où ils entrent en collision avec d'autres nuages moléculaires. Ces collisions induisent alors la condensation de ces nuages en nouvelles étoiles. On observe ce phénomène de fusion de galaxies dans l'Univers proche. Mais ce processus était plus prononcé pendant les fusions qui ont formé la plupart des galaxies elliptiques que nous observons aujourd'hui, ce qui s'est vraisemblablement produit il y a de 1 à 10 milliards d'années, lorsqu'il y avait beaucoup plus de gaz, et donc plus de nuages moléculaires contenus dans les galaxies. Également, à l'écart du centre de la galaxie, les nuages de gaz s'élancent l'un vers l'autre, produisant des chocs qui stimulent la formation de nouvelles étoiles dans les nuages de gaz. Le résultat de tous ces évènements violents se traduit par la tendance des galaxies vers une moindre quantité de gaz disponible pour la formation d'étoiles après leur fusion. Ainsi, si une galaxie s'est impliqué dans une fusion importante, et passé quelques milliards d'années, il restera très peu d'étoiles jeunes (voir évolution stellaire) à la galaxie. C'est bien ce que nous voyons aujourd'hui dans les galaxies elliptiques actuelles : très peu de gaz moléculaire et très peu de jeunes étoiles. On pense que c'est dû au fait que les galaxies elliptiques représentent le produit final des fusions majeures ayant consommé la plus grande partie du gaz initial lors des fusions, en sorte que toute formation d'étoiles postérieure à la fusion est tarie.
Dans le Groupe Local, la Voie lactée et la Galaxie d'Andromède (M31) sont liées gravitationnellement. Elles s'approchent actuellement l'une de l'autre à grande vitesse. Si les deux galaxies se rencontrent effectivement, chacune passera à travers l'autre. La gravité leur apportera à toutes deux de sévères déformations, et elles éjecteront du gaz, de la poussière et des étoiles dans l'espace intergalactique. Elles s'éloigneront alors l'une de l'autre, ralentiront et s'élanceront à nouveau l'une vers l'autre pour une nouvelle collision. Finalement, après répétition d'un nombre variable de ces épisodes, elles fusionneront complètement, à l'exception de quelques bandes de gaz et de poussières qui flotteront dans l'espace proche de la galaxie elliptique géante nouvellement formée. M31 est réellement très distordue : les bords sont gondolés. C'est probablement dû aux interactions avec ses propres compagnons galactiques, ainsi qu'à des fusions possibles avec des galaxies naines de formes sphéroïdales dans un passé récent, dont les rémanents sont encore visibles dans le disque de la galaxie.
A notre époque, de grandes concentrations de galaxies (amas de galaxies et superamas) sont encore en cours d'assemblage.
Bien que nous ayons appris énormément de choses sur notre galaxie et sur les autres, la question la plus fondamentale sur la formation et l'évolution des galaxies n'a encore reçu que des tentatives de réponses.
