Galaxie
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Quelques ordres de grandeur

Une galaxie typique comme la Voie lactée comprend quelques centaines de milliards d'étoiles et a une taille de l'ordre de 100 000 années-lumière (une année-lumière équivaut à environ 9 500 milliards de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière...)). De façon remarquable, ces chiffres peuvent s'exprimer uniquement en termes de diverses constantes fondamentales. Plus précisément, un raisonnement simple permet de relier la taille d'une galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux...) au phénomène d'instabilité gravitationnelle qui voit un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et...) plus dense que le milieu ambiant se contracter sous certaines conditions du fait de son propre champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) gravitationnel. Ceci se produit essentiellement quand un objet se refroidit brutalement, auquel cas sa pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) baisse brutalement et ne peut plus contrer l'effet attractif de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.). Dans ce contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement de l'analyse...), on prédit que la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) M et la taille R d'une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) sont vraisemblablement de l'ordre de :

M_{\rm g} \sim \frac{\alpha^5}{\alpha_G^2}\left(\frac{m_{\rm p}}{m_{\rm e}}\right)^\frac{1}{2} m_{\rm p} \simeq 1,\!5\times 10^{11} M_\odot,
R_{\rm g} \sim \frac{\alpha^3}{\alpha_G}\left(\frac{m_{\rm p}}{m_{\rm e}}\right)^\frac{1}{2} \lambda_{\rm e} \simeq 74\;{\rm kpc},

α et αG représentent respectivement la constante de structure fine (La constante de structure fine, représentée par la lettre grecque α, est une constante fondamentale qui régit la force électromagnétique assurant la cohérence des atomes et des molécules. Elle fut proposée en 1916 par le physicien...) (électromagnétique) et la constante de structure fine gravitationnelle, et mp et me la masse du proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) et de l'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.), respectivement.

Il faut plus de dix milliards d'années pour que la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La...) des plus lointaines galaxies parvienne jusqu’à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre...).

Types et morphologie

Les différents types de galaxies, selon la classification de Hubble : le type E correspond à un galaxie elliptique, le S à une galaxie spirale ((voir page de discussion)) et le SB à une galaxie spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) barrée.

Il y a trois grands types de galaxies : les elliptiques, les spirales, et les irrégulières. Une description détaillée des différents types de galaxies basée sur leur apparence est établie par la séquence de Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la...). Puisque la séquence de Hubble est entièrement basée sur la caractéristique morphologique visuelle, il arrive qu'elle ne tienne pas compte de caractéristiques importantes telles que le taux de formation d'étoiles (dans les galaxies starburst) ou l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) du noyau (dans les galaxies actives). À l'époque de la réalisation de sa classification, Hubble pensait que les différents types de morphologies galactiques correspondaient à un degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) d'évolution variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques,...) de ces objets, partant d'un état sphérique sans structure (type E0), puis s'aplatissant progressivement (type E1 à E7), avant de produire les bras spiralés (types Sa, Sb, Sc, ou SBa, SBb, SBc). Cette hypothèse d'évolution a depuis été totalement invalidée, mais la dénomination en termes de « galaxie précoce » (early-type galaxy en anglais) pour les elliptiques et « galaxie tardive » (late-type galaxy) pour les spirales est par contre, toujours usitée.

Galaxies elliptiques

La galaxie elliptique géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la séquence principale. Elles se situent entre les...) ESO 325-G004.

Le système de classification de Hubble compte les galaxies elliptiques sur base de leur excentricité (Cet article décrit l'excentricité en mathématiques et en psychologie.) (c'est-à-dire de l'aplatissement (L'aplatissement d'une planète est une mesure de son « ellipticité »; une sphère a un aplatissement de 0, alors qu'un disque infiniment mince a un aplatissement de 1.) de leur image projetée sur le ciel), allant de E0 (pratiquement sphérique) à E7 (fortement allongée), le chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) suivant le « E » correspondant à la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) \textstyle{10\times(1-\frac{b}{a})}, où a et b sont le demi grand axe (En géométrie, le grand axe d'une ellipse est un paramètre utilisé pour décrire la dimension de cette conique. Le demi-grand axe est la moitié du grand axe.) et le demi petit axe (Le plus petit diamètre d'une ellipse est son petit axe. Il traverse l'ellipse à mi-chemin entre ses foyers et perpendiculairement à la ligne qui lie ceux-ci.) de la galaxie telle qu'elle est observée. Ces galaxies ont un profil ellipsoïdal, leur donnant une apparence elliptique quel que soit l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.). Leur apparence montre peu de structures et elles ne possèdent pas beaucoup de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) interstellaire. Par conséquent, ces galaxies contiennent peu d'amas ouverts et ont un taux de formation d'étoiles peu élevé. Des étoiles plus anciennes et plus évoluées, tournant autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) de leur centre de gravité (Le centre de gravité est le point d'application de la résultante des forces de gravité ou de pesanteur. Il est également le point d'intersection de tous les...) commun de manière aléatoire, dominent donc ces galaxies. En ce sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une...), elles présentent une certaine similitude avec les amas globulaires, mais à plus grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui emporte une échelle escamotable de grande hauteur. Le terme...).

Les galaxies les plus grandes sont des elliptiques géantes. On pense que de nombreuses galaxies elliptiques se sont formées grâce à une interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) de galaxies qui ont fini par fusionner. Elles peuvent atteindre des tailles énormes (comparée aux galaxies spirales, par exemple). D'autre part, ces galaxies elliptiques géantes sont souvent trouvées au cœur des grands amas de galaxies (Un amas de galaxies est l'association de plus d'une centaine de galaxies liées entre elles par la gravitation. En deçà de 100, on parle plutôt de groupe...). Les galaxies starburst (dites galaxies starburst) sont souvent le résultat d'une collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) des galaxies. La galaxie elliptique géante la plus proche de notre Galaxie est M87, dans la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant ainsi une...) de la Vierge, à 60 millions d'années-lumière.

Galaxies spirales

La galaxie spirale M63.

Les galaxies spirales forment la classe la plus emblématique des galaxies. Elles sont faites d'un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) en rotation et composé d'étoiles et de milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur environnement proche. Ce gaz est habituellement extrêmement ténu, avec des densités typiques allant de 10 à 100...), avec un bulbe (Un bulbe est une pousse souterraine verticale disposant de feuilles modifiées utilisées comme organe de stockage de nourriture par une plante à dormance.) central d'étoiles généralement plus anciennes. De ce bulbe émergent des bras relativement brillants. Dans le schéma de classification de Hubble, les galaxies spirales correspondent au type S, suivi d'une lettre (a, b, ou c), qui indique le degré d'enroulement (Un enroulement en électrotechnique est un conducteur électrique isolé bobiné (enroulé autour d'un support). Cet enroulement peut n'être constitué que d'une seule spire (tour du support), comme aussi bien de milliers...) des bras spiraux ainsi que la taille du bulbe central. Une galaxie Sa est dotée de bras relativement mal définis et possède une région centrale relativement importante. En revanche, une galaxie Sc possède des bras très ouverts et bien tracés ainsi qu'un bulbe de petite taille.

Dans les galaxies spirales, les bras spiraux forment une spirale logarithmique (La spirale logarithmique est la courbe d'équation polaire suivante :) approximative, un schéma qui peut être, en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée sur l’observation...), le résultat d'un dérangement dans la masse d'étoiles rotative uniforme. Les bras spiraux tournent autour du centre, au même titre que les étoiles, mais avec une vitesse angulaire (En physique, et plus spécifiquement en mécanique, la vitesse angulaire ω, aussi appelée fréquence angulaire, est une mesure de la vitesse de rotation.) constante. Cela veut dire que les étoiles entrent et sortent des bras spiraux ; les étoiles proches du centre galactique orbitent plus vite que les bras alors que les étoiles les plus externes se déplacent moins vite que les bras. On pense que les bras spiraux sont des zones où la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps...) de matière est plus haute, on peut donc les voir comme des « vagues de densité ». Lorsque les étoiles traversent un bras, la vitesse (On distingue :) de chaque système stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90...) est modifiée par les forces gravitationnelles supplémentaires exercées par une densité de matière plus élevée (cette vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux personnes qui habitent ou travaillent à Angers des bicyclette aux couleurs de la ville.) retourne à la normale une fois que l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) ressort du bras). Cet effet est semblable à une « vague » de ralentissement (Le signal de ralentissement (de type SNCF) annonce une aiguille (ou plusieurs) en position déviée qui ne peut être franchie à la vitesse normale de la...) sur une autoroute (Une autoroute est une route réservée à la circulation des véhicules motorisés rapides (automobiles, motos, poids lourds) et dont le tracé permet de circuler avec une sécurité optimale. Dans certains pays, mais...) saturée en voitures (Une automobile, ou voiture, est un véhicule terrestre se propulsant lui-même à l'aide d'un moteur. Ce véhicule est conçu pour le transport terrestre de personnes ou de marchandises, elle est équipée en conséquence....).

Les bras sont visibles à cause de leur teneur en étoiles jeunes et brillantes, dues à la forte densité de matière qui facilite la formation d'étoiles. Or les étoiles les plus lumineuses sont aussi les plus massives, et ont une durée de vie (La vie est le nom donné :) très brève (quelques millions d'années contre 10 milliards d'années pour le Soleil), aussi les zones les plus lumineuses sont-elles au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la continuité en tout point. En revanche,...) des lieux de formation d'étoiles, les étoiles massives n'ayant pas le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de s'en éloigner significativement lors de leur brève existence.

Galaxies spirales barrées

La galaxie spirale barrée NGC 1300.

La majorité des galaxies spirales ont une bande d'étoiles linéaire en leur centre, à partir de laquelle émergent les bras spiraux. Dans la classification de Hubble, elles sont désignées d'un SB, suivi d'une lettre minuscule (a, b, ou c), indiquent encore une fois la forme et la disposition des bras spiraux (de la même manière que les galaxies spirales non-barrées). On pense que les barres sont des structures temporaires qui peuvent survenir suite à un rayonnement (Le rayonnement, synonyme de radiation en physique, désigne le processus d'émission ou de transmission d'énergie impliquant une particule porteuse.) de densité du cœur vers l'extérieur, ou suite à une interaction avec une autre galaxie faisant intervenir la force de marée (La force de marée est une conséquence du gradient gravitationnel s'exerçant sur le diamètre d'un corps. Elle est observable dans tout champ...). De nombreuses galaxies spirales barrées sont actives, cela est peut-être du gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) canalisé le long des bras.

Notre propre galaxie est une grande galaxie spirale barrée d'environ 30 000 parsecs de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la...) et de 1 000 parsecs d'épaisseur. Elle contient approximativement 2×1011 étoiles et a une masse totale d'environ 6×1011 masses solaires.

Morphologies particulières

L'objet de Hoag, une galaxie annulaire.
La galaxie lenticulaire NGC 5866.

Les galaxies particulières sont des formations galactiques développant des propriétés inhabituelles dues à des interactions gravitationnelles avec d'autres galaxies, les forces de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de...), responsables de ces déformations. Les galaxies annulaires, possédant une structure formée d'étoiles et de gaz en forme d'anneau autour du centre galactique, sont de bons exemples de galaxies particulières. Une galaxie annulaire peut se former lorsqu'une galaxie plus petite passe à travers le centre d'une galaxie spirale. Un tel évènement a pu se produire sur la galaxie d'Andromède, qui présente plusieurs anneaux en infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais...).

Une galaxie lenticulaire est une forme de transition, ayant à la fois les propriétés d'une galaxie elliptique et spirale. Dans la séquence de Hubble, elles portent la mention S0. Elles possèdent des bras, certes mal définis, et un halo d'étoiles elliptique (les galaxies lenticulaires barrées sont de type SB0).

En plus de morphologies mentionnées ci-dessus, il existe un certain nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de galaxies qui n'entrent dans aucune de ces catégories. Il s'agit des galaxies irrégulières. Une galaxie Irr-I possède une certaine structure, mais n'est pas clairement apparentée à un type quelconque de la séquence de Hubble. Les galaxies Irr-II ne possèdent aucune structure comparable à quoi que ce soit dans le schéma de Hubble, et peuvent même avoir été déchirées. Des exemples proches de galaxies irrégulières (naines) sont les nuages de Magellan.

Galaxies naines

En dépit de la prééminence des grandes galaxies elliptiques et spirales, il semble que la plupart des galaxies de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) sont des galaxies naines. Ces galaxies minuscules ont une taille pouvant descendre à 1 % de celle de la Voie lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est le nom de la galaxie dans laquelle se situent le Système...), et contiennent seulement quelques milliards, voire quelques centaines de millions d'étoiles. Des galaxies naines ultra-compactes, qui ont été trouvées récemment, font seulement 100 parsecs de long.

La majorité des galaxies naines orbitent autour d'une galaxie plus grande ; la Voie lactée a au moins une douzaine de satellites (Satellite peut faire référence à :) nains, chiffre probablement inférieur au nombre total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En physique le total...) de satellites de ce type. Les galaxies naines peuvent elles-mêmes aussi être classées comme étant elliptiques, spirales, ou irrégulières.

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