Un univers de galaxies

L'univers est inondé d'îlots de matière - quelque 100 milliards de galaxies constituent les éléments de base du cosmos.

Par David J. Eicher  | Publié: vendredi, 22 février 2019

Notre galaxie, la Voie lactée, éclate de couleurs dans cette image prise dans le haut désert d’Atacama au Chili, peut-être le ciel le plus sombre de la Terre. L'arc semi-circulaire de la Voie lactée est parsemé de lumière bleuâtre et rosâtre provenant d'amas d'étoiles et de nébuleuses incandescentes. Les grands et petits nuages ​​magellaniques se situent au-dessus et à droite de la voie lactée.

P. Horalek / ESO

Le soir du 4 octobre 1923, près de Los Angeles, un jeune astronome monta dans sa voiture et entreprit une randonnée motorisée jusqu'au mont Wilson. Là, il est arrivé à l'observatoire qui abritait le télescope Hooker de 100 pouces, à l'époque le plus grand télescope du monde. 
 

Edwin Hubble était un astronome de quatrième année au mont Wilson; il aimait utiliser le télescope Hooker parce qu'il s'intéressait, entre autres, à l'étude des «nébuleuses» en spirale. Ces mystérieux nuages ​​de gaz étaient dispersés dans le ciel et personne ne comprenait leur nature. Au début des années 1920, Hubble s'était assigné la tâche de les comprendre. 

Il pointa le grand télescope vers son objet préféré: la nébuleuse d'Andromède, M31. Ce nuage en forme de spirale est à peine visible à l'œil nu sous un ciel clair et sans lune. Il a ensuite capturé son image sur une plaque photographique. Hubble était enthousiasmé par le résultat. Sur celui-ci, il trouva une nova présumée, une étoile en train d'exploser. La nuit suivante, il photographie à nouveau M31, dans l’espoir d’attraper la nova et de l’enregistrer sous une meilleure stabilité atmosphérique. La deuxième plaque enregistrait bien la nova, mais à ce qu'il savait, il avait également capturé une plaque qui deviendrait légendaire dans l'histoire de la science. 

Son temps d'observation écoulé, il retourna dans son bureau pour analyser la capture. Soudainement, Hubble réalisa de manière étonnante: la nova n'était pas une nova du tout, mais un type particulier d'étoile qui changeait sa luminosité, une variable céphéide. En vérifiant les assiettes précédentes, il fut en mesure de confirmer cela et il réalisa que la faiblesse de l'étoile avait des implications incroyables.

L’étoile et la nébuleuse qui l’entoure doivent se trouver à un million d’années-lumière, soit trois fois plus que quiconque à l’époque ne croyait à la taille de l’univers. Aujourd'hui, grâce à de meilleures mesures, les astronomes savent que l'objet se trouve à 2,5 millions d'années-lumière. 

Aidé en partie par les travaux antérieurs de Vesto M. Slipher et de son propre collègue Milton Humason, Hubble avait tout de suite découvert que l'univers était bien plus vaste que tout le monde l'avait pensé et que les nébuleuses spirales comme Andromeda étaient en réalité des galaxies lointaines. C'étaient des systèmes entiers d'étoiles et de gaz, séparés de notre propre Voie Lactée par une longue randonnée.

L'astronome Edwin Hubble a exposé le «Nébuleuse d'Andromède» avec le télescope Hooker à l'observatoire du mont Wilson, près de Los Angeles, le 5 octobre 1923. Au début, il était excité, croyant avoir enregistré une nova, une étoile explosive. Il a marqué l'étoile qui se trouve entre deux marques de graduation qu'il a tirée en haut à droite de la plaque avec la lettre N. L'étoile s'est avérée être une variable céphéide et Hubble l'a utilisée pour prouver que la distance à la galaxie d'Andromède était beaucoup plus grand que les astronomes pensaient.

Gracieuseté des observatoires Carnegie / Cindy Hunt

Dès 1912, à l'observatoire Lowell de l'Arizona, Slipher avait enregistré les vitesses apparentes des nébuleuses en spirale et, grâce aux travaux de Hubble, il était clair que l'univers était en expansion - les galaxies s'éloignaient les unes des autres au fil du temps. L'univers était non seulement beaucoup plus vaste qu'on ne le croyait auparavant, mais il grandissait avec le temps. 
 

En 1929, les astronomes avaient rassemblé une image cosmique du passé. Si vous retracez l’histoire de nombreuses galaxies dans le passé, cela signifie que le cosmos a commencé avec un petit point infiniment dense à son origine. Cette recherche était une extension du travail effectué à l'origine par l'astronome belge Georges Lemaître. Les astronomes ont compris que ce point d’origine cosmique, appelé plus tard Big Bang, était le début de l’univers, et cela a dû se passer il y a des milliards d’années, ont-ils calculé. Le Big Bang avait commencé l'expansion qui éloignait toutes les galaxies à mesure que le temps passait. L'univers entier semblait voler en éclats.

Dans les années 1930, Hubble commença à étudier et à classer les galaxies selon leurs divers types dits morphologiques, la gamme de structures que les astronomes voyaient sur les photographies. Il finit par assembler les types de galaxies qu'il observa dans un diagramme en forme de diapason. Elle contenait des galaxies spirales, des galaxies spirales barrées - des spirales contenant un «barreau» linéaire de matériau passant par leur centre - des galaxies lenticulaires (en forme de lentille) et des galaxies elliptiques. Il a également identifié des galaxies irrégulières, des nuages ​​d'étoiles et des gaz sans forme organisée. Plus tard, les astronomes ont identifié des galaxies particulières, des systèmes qui semblaient être en proie à des événements explosifs ou perturbateurs. Ils ont également identifié une classe de galaxies appelées sphéroïdes nains, qui semblaient être nombreuses dans l'univers local.

Dans les années 1950, l’astronome français Gerard de Vaucouleurs de l’Université du Texas avait étendu le système de classification de Hubble à un système plus complexe prenant en compte de nombreuses propriétés observées des galaxies. De Vaucouleurs a produit un complot pseudo-tridimensionnel montrant les relations des galaxies, surnommé le «citron cosmique» en raison de sa forme. De Vaucouleurs a inclus des détails sur les barres dans les galaxies, des descriptions des anneaux de matière visibles dans celles-ci et une évaluation de la manière dont les bras spiraux d'une galaxie étaient enroulés de manière lâche ou serrée. Il a également inclus des détails d'évaluation sur la nature des galaxies irrégulières et particulières. 

La dernière génération d’astronomie extragalactique s’est lancée dans des analyses beaucoup plus sophistiquées que le catalogage. En utilisant le télescope spatial Hubble, les astronomes ont estimé à environ 100 milliards le nombre de galaxies dans le cosmos. Et le nombre peut être beaucoup plus grand que cela. Quelque 2 000 milliards de galaxies existaient probablement dans l'univers primitif, mais il semble clair que les galaxies proches les unes des autres sont rassemblées par gravité et se combinent au fil du temps cosmique. Malgré l'expansion universelle, les galaxies normales telles que la Voie lactée sont probablement constituées de dizaines ou plus de protogalaxies qui ont fusionné pour former des systèmes plus vastes. Vous pouvez voir ces taches primitives de matière, ces protogalaxies bleuâtres, dans l'univers primitif dans les images de Hubble Ultra Deep Field.

L'une des plus grandes galaxies du ciel, et celle que la plupart des gens disent ressembler à une soucoupe volante, est la galaxie de Sombrero (M104) en Vierge. Il consiste en un grand disque en rotation surmonté d'une bande de poussière bien visible, consumé par un halo rougeoyant de gaz et d'étoiles. Il se trouve à 10 millions d'années-lumière et représente environ la moitié de la taille de la Voie lactée, avec un diamètre de 49 000 années-lumière.

NASA et l'équipe du patrimoine Hubble (AURA / STScI)

Notre propre galaxie
 

Alors que les astronomes ont étudié un plus grand nombre de galaxies au cours des dernières décennies, ils ont découvert beaucoup de choses, mais il est impossible d'ignorer que l'univers est incroyablement grand. Si vous regardez une galaxie dans l'oculaire de votre télescope ce soir, les photons frappant votre œil ont voyagé à la vitesse la plus rapide du monde: 300 000 km / s. Néanmoins, il leur a fallu 2,5 millions d’années à cette vitesse pour nous parvenir de la galaxie d’Andromède. Et cet objet est presque sur notre porte cosmique. 

Bien entendu, la connaissance de notre propre galaxie, au sens primitif du terme, remonte à l’Antiquité. Le nom Voie lactée vient du latin via lactea, qui dérive de l'idée originale, le terme grec galaxías kýklos, «cercle laiteux». La bande de la Voie lactée visible dans notre ciel, principalement lors des soirées d'été et d'hiver, est la lumière non résolue de milliards d'étoiles se trouvant sur le plan de notre galaxie. 

Mais ce n'est que depuis quelques décennies que nous avons compris que la Voie lactée est l'une des 100 milliards de galaxies de l'univers et que son disque s'étend sur environ 100 000 années-lumière. Il contient environ 400 milliards d'étoiles, bien que nous ne sachions pas exactement combien car les étoiles naines sont faibles et difficiles à voir sur de longues distances. Pendant des décennies, les astronomes ont cru que la Voie lactée était une simple galaxie spirale. Mais des études menées au cours de ce siècle ont montré que la Voie lactée était une spirale barrée et que notre Soleil et notre système solaire se situaient à quelque 26 000 années-lumière du centre, dans l'un des bras de la galaxie. 

La Voie Lactée consiste en un disque brillant, un plateau d’étoiles et de gaz qui tourne lentement et contient la plupart des étoiles que nous voyons. Notre Soleil tourne autour du centre de la galaxie une fois tous les 220 millions d'années, ce qui signifie que nous avons effectué une rotation autour du centre de la galaxie environ 20 fois depuis la formation du système solaire. Au loin, au centre de la galaxie, se trouve un trou noir supermassif contenant environ 4,3 millions de fois la masse du Soleil. Les astronomes ont récemment découvert que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies sont la norme. Presque toutes les galaxies, à l'exception des nains, en ont. 

Le disque de la galaxie est encapsulé par un halo d'un petit nombre d'étoiles, avec d'énormes sphères d'étoiles anciennes appelées amas d'étoiles globulaires et une grande enveloppe de matière noire. Les astronomes ne savent pas encore en quoi consiste la matière noire, mais ils savent qu’elle est là en raison de son influence gravitationnelle sur la matière visible qu’ils peuvent observer. 

Le groupe local

La voie lactée n'est pas seule dans le cosmos. Il appartient à un groupe d'au moins 54 objets appelé le groupe local de galaxies, un nom que Hubble a donné à ce nuage d'objets local alors qu'il cartographiait le cosmos proche. Les principaux membres du groupe local sont la Voie lactée, la galaxie d’Andromède et la galaxie du moulin (M33). Mais chacune de ces trois grandes spirales a aussi un nuage de galaxies. Les satellites de la Voie lactée comprennent les grands et petits nuages ​​de Magellan, visibles à l'œil nu dans l'hémisphère sud, ainsi que de nombreuses galaxies naines. Le diamètre du groupe local est d'environ 10 millions d'années-lumière, soit environ 100 fois le diamètre de la voie lactée. 

La galaxie Whirlpool de Canes Venatici, une autre galaxie située près de la Grande Ourse, porte également le nom de M51 et constitue une cible de choix pour le télescope. Une paire de galaxies en interaction, le Whirlpool, est passée devant un petit intrus, NGC 5195, qui tire des matériaux d'un des bras spiraux de la plus grande galaxie. La paire se trouve à 23 millions d'années-lumière et le disque de M51 s'étend sur 60 000 années-lumière.

Tony Hallas

Et en nous dirigeant vers l'univers plus profond, nous rencontrons plus d'exemples de ces 100 milliards de galaxies. Ces îles majestueuses d'étoiles et de gaz existent dans des groupes, comme notre groupe local, mais également dans de plus grands assemblages appelés grappes et de très grands assemblages appelés superamas. En dépit de l'expansion globale de l'univers, ce qui signifie que la plupart des galaxies s'éloignent les unes des autres à mesure que le cosmos grandit, la gravité maintient de plus en plus de galaxies liées les unes aux autres au cours de leurs voyages. Notre groupe local, par exemple, est membre du groupe de galaxies de la Vierge, ainsi nommé parce que son centre richement peuplé se situe dans la constellation de la Vierge dans notre ciel. 
 

La grappe de la Vierge contient au moins 1 500 galaxies et est centrée à 54 millions d'années-lumière de la Terre. Vous pouvez voir certaines des galaxies les plus brillantes près du cœur du groupe de la Vierge dans des télescopes amateurs, dans un tableau appelé chaîne de Markarian. Cette gamme de galaxies contient des galaxies elliptiques supermassives telles que M49, M84, M86, M87 et autres, ainsi qu’une variété de galaxies spirales. Pour les astronomes de l’arrière-cour, ce terrain de jeu de types de galaxies est l’un des secteurs du ciel les plus fascinants. Il est plus visible lors des soirées de printemps par temps clair et sans lune. 

La plupart des galaxies de la Vierge Cluster contiennent des trous noirs supermassifs dans leurs centres. M87 est un bon exemple. Alors que le trou noir central de la Voie Lactée pèse 4,3 millions de masses solaires, le colossal trou noir de M87 contient une masse estimée de 5 à 7 milliards de soleils, environ 1 000 fois plus massive que la nôtre. M87 est l’une des plus grandes galaxies de notre monde - c’est ce que l’on appelle une galaxie cD, synonyme de dominante centrale, et elle a «mangé» de nombreuses petites galaxies qui l’entouraient jadis. C'est ce que font les galaxies massives: elles consomment leurs partenaires de voisinage. 

Superamas

Une grappe contenant 1 500 galaxies est une chose, mais il existe également des assemblages beaucoup plus vastes de galaxies. La grappe de la Vierge elle-même est membre du soi-disant superamastre de la Vierge, ou superamas locaux, qui contient des milliers de galaxies à une échelle encore plus grande. Le superamas de la Vierge abrite notre Voie lactée, le groupe local, le groupe de la Vierge et, au total, une centaine de groupes et de groupes de galaxies. Ce cadre incroyablement vaste couvre environ 110 millions d'années-lumière et fait partie des 10 millions de superamas qui composent le cosmos dans son ensemble. 

Malgré le grand nombre de galaxies présentes dans le superamas de la Vierge, les astronomes savent maintenant que la majeure partie de l'espace de ce volume est essentiellement vide et constituée de grands vides. Les diamètres de ces vides vont de dizaines à des centaines de millions d'années-lumière. Les chaînes filamentaires des galaxies tournent autour des vides sombres. Sur les grandes échelles, les galaxies en amas et superamas sont comme des bulles de savon, les galaxies recouvrant les surfaces et les vides se trouvant entre les deux. 

À la fin des années 1980, les astronomes avaient identifié la Grande Muraille, une nappe de galaxies mesurant 500 millions d'années-lumière. Plus récemment, le Sloan Digital Sky Survey a révélé la Sloan Great Wall, un assemblage de galaxies au moins deux fois plus grandes que la Grande Muraille, qui couvre une longue dimension de quelque 1,4 milliard d'années-lumière. 

M83, une magnifique galaxie spirale barrée dans la constellation méridionale de Hydra, est souvent appelée la galaxie des moulins à vent du sud. Elle ressemble à la Voie Lactée dans son ensemble mais est considérablement plus petite, ne couvrant que 60 000 années-lumière. Hubble a capturé ce portrait en gros plan du centre de M83, qui flotte majestueusement dans l'espace à environ 15 millions d'années-lumière.

NASA, ESA et l’équipe Hubble Heritage (STScI / AURA)

Lorsque les astronomes ont découvert de plus en plus de galaxies lointaines, ils ont constaté qu’une masse importante semblait tirer sur l’univers local, nous entraînant dans la direction des constellations méridionales Triangulum Australe et Norma. Appelée le Grand Attracteur, cette anomalie, distante de 200 millions d'années-lumière, laisse les astronomes perplexes. Ils ont finalement découvert qu'une masse encore plus importante dans cette direction nous entraînait. Cette structure de mammouth, appelée le superamas de Shapley, se trouve à 650 millions d'années-lumière et contient la plus grande concentration de galaxies de notre partie locale du cosmos. 

La grande image
 

D'autres découvertes surprenantes ont également eu lieu. En 2014, les astronomes ont identifié un nouveau superamas basé sur les mouvements relatifs des galaxies analysées de manière plus sophistiquée que jamais. Les astronomes de l'Université d'Hawaï ont conclu à l'existence du superamas de Laniakea et l'ont baptisé du nom hawaïen du mot «immense ciel». 

Laniakea, parfois aussi appelé le superamas local, contient environ 100 000 galaxies, y compris le groupe local et la voie lactée. Cet amas massif et tous ses membres voyagent ensemble dans l'espace, mais toutes les galaxies qu'il contient ne sont pas liées gravitationnellement. Certains vont se séparer du reste du cluster à mesure que le temps passe. 

Le superamas de Laniakea comprend quatre composants principaux: le superamas Vierge, le superamas Hydra-Centaurus, le superamas Pavo-Indus et le superamas Sud. Globalement, Laniakea contient environ 500 amas et groupes de galaxies. Et autour de Laniakea dans l'univers local se trouvent d'autres superamas de galaxies - le superamas de Shapley, le superamas de Hercules, le superamas de Coma et le superamas de Persée-Poissons. Chacune de ces structures contient des centaines d'amas de galaxies et est reliée par le tissu de structure cosmique. 

Et à partir des années 1980, les astronomes ont trouvé des preuves de structures encore plus grandes que les superamas. Au début, les objets maintenant appelés grands groupes de quasars (LQG) déroutaient les astronomes. En 1982, l'astronome écossais Adrian Webster découvrit ce qui allait devenir le Webster Large Quasar Group, une collection de cinq quasars s'étendant sur 330 millions d'années-lumière. Maintenant, près de deux douzaines de LQG sont connus. Une structure connue sous le nom d'Huge LQG contient 73 quasars sur un diamètre d'environ 4 milliards d'années-lumière. Cette structure massive, rejetée par certains astronomes, pourrait tenir le titre comme la plus grande collection de matières connexes dans le cosmos. 

Vraiment, l'univers est si grand qu'il est difficile à comprendre. D'une part, l'énormité de l'univers nous fait nous sentir petits. Nos vies brèves se déroulent si rapidement et nous disparaissons, ignorant pour la plupart le cosmos incroyablement grand qui nous entoure. Mais le fait que nous soyons sensibles, que nous puissions méditer sur les étoiles et les galaxies éloignées de nous, fait de la vie dans l'univers une chose vraiment incroyable. Et nous commençons à peine à connaître le monde immense des galaxies.

Hubble Legacy Archive, ESA et NASA

Perseus A, également appelé NGC 1275, est une galaxie éruptive située au cœur du cluster de Perseus, composé de quelque 1 000 galaxies situées à environ 240 millions d'années-lumière. Le membre dominant du groupe Perseus, Perseus A, est une galaxie de Seyfert avec un noyau actif, alimenté par un trou noir de 340 millions de masse.

Source: http://www.astronomy.com/
Lien: http://www.astronomy.com/magazine/2019/02/a-universe-of-galaxies?utm_source=asyfb&utm_medium=social&utm_campaign=asyfb&fbclid=IwAR10eWQLs0Fj-TMv3vYjMp-sjarsNd8pMfIzTLnX_Sv5MJlO_fTrodsyyaM

solaire en son noyau.