ayant établi l’existence d’autres galaxies, Hubble et d’autres ont commencé à les observer de plus près—notant leur Formes, leur contenu, et autant d’autres propriétés qu’ils pourraient mesurer., C’était une tâche ardue dans les années 1920 lorsque l’obtention d’une seule photographie ou d’un spectre d’une galaxie pouvait prendre une nuit complète d’observation inlassable. Aujourd’hui, les grands télescopes et les détecteurs électroniques ont rendu cette tâche moins difficile, bien que l’observation des galaxies les plus lointaines (celles qui nous montrent l’univers dans ses premières phases) nécessite encore d’énormes efforts.

la première étape pour essayer de comprendre un nouveau type d’objet est souvent simplement de le décrire. Rappelez-vous, la première étape dans la compréhension des spectres stellaires était simplement de les trier en fonction de leur apparence (voir analyse de la lumière des étoiles)., Il s’avère que les galaxies les plus grandes et les plus lumineuses se présentent sous l’une des deux formes de base: soit elles sont plus plates et ont des bras spiraux, comme notre propre galaxie, soit elles semblent elliptiques (dirigeables ou en forme de cigare). De nombreuses galaxies plus petites, en revanche, ont une forme irrégulière.

Galaxies spirales

notre propre galaxie et la galaxie D’Andromède sont de grandes galaxies spirales typiques. Ils se composent d’un renflement central, d’un halo, d’un disque et de bras spiraux. Le matériel interstellaire est généralement répandu dans les disques des galaxies spirales., Des nébuleuses d’émission brillantes et de jeunes étoiles chaudes sont présentes, en particulier dans les bras spiraux, ce qui montre que de nouvelles étoiles se forment encore. Les disques sont souvent poussiéreux, ce qui est particulièrement visible dans les systèmes sur lesquels nous voyons presque edge (Figure).

Figure 1: les Galaxies Spirales. (a) les bras spiraux de M100, représentés ici, sont plus bleus que le reste de la galaxie, indiquant de jeunes étoiles de masse élevée et des régions de formation d’étoiles., (b) Nous voyons cette galaxie spirale, NGC 4565, presque exactement sur le bord, et de cet angle, Nous pouvons voir la poussière dans le plan de la galaxie; il semble sombre parce qu’il absorbe la lumière des étoiles dans la galaxie. (crédit a: modification du travail par Hubble Legacy Archive, NASA, ESA et Judy Schmidt; crédit b: modification du travail par « Jschulman555 » /Wikimedia)

dans les galaxies que nous voyons de face, les étoiles brillantes et les nébuleuses d’émission font ressortir les bras des spirales comme ceux d’un moulinet le 4 juillet., Les amas d’étoiles ouvertes peuvent être vus dans les bras des spirales les plus proches, et les amas globulaires sont souvent visibles dans leurs halos. Les galaxies spirales contiennent un mélange d’étoiles jeunes et anciennes, tout comme la Voie Lactée. Toutes les spirales tournent, et la direction de leur rotation est telle que les bras semblent suivre un peu comme le sillage d’un bateau.

Environ les deux tiers des galaxies spirales voisines ont des barres d’étoiles en forme de boîte ou d’arachide qui traversent leurs centres (Figure 2). Faisant preuve d’une grande originalité, les astronomes appellent ces galaxies des spirales barrées.,

Figure 2: Galaxie Spirale Barrée. NGC 1300 est une galaxie spirale barrée. Notez que les bras spiraux commencent aux extrémités de la barre. (crédit: NASA, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI / AURA))

Comme nous l’avons noté dans le chapitre galaxie de la Voie Lactée, notre galaxie a aussi une barre modeste. Les bras spiraux commencent généralement à partir des extrémités de la barre. Le fait que les barres soient si courantes suggère qu’elles ont une longue durée de vie; il se peut que la plupart des galaxies spirales forment une barre à un moment donné au cours de leur évolution.,

dans les galaxies spirales barrées et non barrées, nous observons une gamme de formes différentes. À un extrême, le renflement central est grand et lumineux, les bras sont faibles et étroitement enroulés, et les nébuleuses d’émission brillantes et les étoiles supergéantes sont discrètes. Hubble, qui a développé un système de classification des galaxies par forme, a donné à ces galaxies la désignation Sa. Les Galaxies à cet extrême peuvent ne pas avoir de structure de bras spiral clair, ce qui donne un aspect cristallin (elles sont parfois appelées galaxies lenticulaires)., Ces galaxies semblent partager autant de propriétés avec les galaxies elliptiques qu’avec les galaxies spirales

à l’autre extrême, le renflement central est petit et les bras sont vaguement enroulés. Dans ces galaxies Sc, les étoiles lumineuses et les nébuleuses d’émission sont très proéminentes. Notre galaxie et la galaxie D’Andromède sont toutes deux intermédiaires entre les deux extrêmes. Des photographies de galaxies spirales, illustrant les différents types, sont présentées à la Figure 3, ainsi que des galaxies elliptiques à des fins de comparaison.

Figure 3: Classification de Hubble de Galaxies., Cette figure montre la classification originale des galaxies D’Edwin Hubble. Les galaxies elliptiques sont à gauche. Sur la droite, vous pouvez voir les formes de spirale de base illustrées, à côté des images de spirales barrées et non barrées réelles. (crédit: modification des travaux de la NASA, ESA)

Les parties lumineuses des galaxies spirales semblent avoir un diamètre compris entre 20 000 et plus de 100 000 années-lumière. Des études récentes ont révélé qu’il y a probablement une grande quantité de matériel galactique qui s’étend bien au-delà du bord apparent des galaxies., Ce matériau semble être un gaz mince et froid qui est difficile à détecter dans la plupart des observations.

d’après les données d’observation disponibles, les masses des parties visibles des galaxies spirales sont estimées entre 1 milliard et 1 billion de soleils (109 à 1012msun). Les luminosités totales de la plupart des spirales sont de l’ordre de 100 millions à 100 milliards de fois la luminosité de notre Soleil (108 à 1011lsun). Notre galaxie et M31 sont relativement grandes et massives, au fur et à mesure des spirales., Il y a aussi beaucoup de matière noire Dans et autour des galaxies, tout comme il y en a dans la Voie Lactée; nous déduisons sa présence de la vitesse à laquelle les étoiles des parties extérieures de la galaxie se déplacent sur leurs orbites.

Galaxies elliptiques

Les galaxies elliptiques sont presque entièrement constituées d’étoiles anciennes et ont des formes qui sont des sphères ou des ellipsoïdes (sphères quelque peu écrasées) (Figure 4). Ils ne contiennent aucune trace de bras spiraux. Leur lumière est dominée par des étoiles rougeâtres plus anciennes (les étoiles de population II discutées dans la galaxie de la Voie Lactée)., Dans les grandes elliptiques voisines, de nombreux amas globulaires peuvent être identifiés. Les nébuleuses de poussière et d’émission ne sont pas visibles dans les galaxies elliptiques, mais beaucoup contiennent une petite quantité de matière interstellaire.

Figure 4: les Galaxies Elliptiques. (a) ESO 325-G004 est une galaxie elliptique géante. D’autres galaxies elliptiques peuvent être vues sur les bords de cette image. (b) cette galaxie elliptique provient probablement de la collision de deux galaxies spirales., (crédit a: modification des travaux de la NASA, de L’ESA et de L’équipe Hubble Heritage (STScI/AURA); crédit b: modification des travaux de L’ESA/Hubble, de la NASA)

Les galaxies elliptiques présentent divers degrés d’aplatissement, allant des systèmes approximativement sphériques à ceux qui s’approchent de la planéité des spirales. Les rares elliptiques géantes (par exemple, ESO 325-G004 sur la Figure 4) atteignent des luminosités de 1011lsun. La masse dans un elliptique géant peut être aussi grande que 1013MSun., Les diamètres de ces grandes galaxies s’étendent sur plusieurs centaines de milliers d’années-lumière et sont considérablement plus grands que les plus grandes spirales. Bien que les étoiles individuelles orbitent au centre d’une galaxie elliptique, les orbites ne sont pas toutes dans la même direction, comme cela se produit dans les spirales. Par conséquent, les elliptiques ne semblent pas tourner de manière systématique, ce qui rend difficile l’estimation de la quantité de matière noire qu’elles contiennent.

nous constatons que les galaxies elliptiques vont des géantes, qui viennent d’être décrites, aux naines, qui peuvent être le type de galaxie le plus commun., Les elliptiques naines (parfois appelées sphéroïdales naines) ont échappé à notre attention pendant longtemps car elles sont très faibles et difficiles à voir. Un exemple d’elliptique naine est la galaxie sphéroïdale naine Leo I illustrée à la Figure 5. La luminosité de cette naine typique est à peu près égale à celle des amas globulaires les plus brillants.

intermédiaires entre les galaxies elliptiques géantes et naines sont des systèmes tels que M32 et M110, les deux compagnons de la galaxie D’Andromède. Bien Qu’elles soient souvent appelées elliptiques naines, ces galaxies sont nettement plus grandes que des galaxies telles que Leo I.,

Figure 5: Nain Galaxie Elliptique. M32, une galaxie elliptique naine et l’un des compagnons de la galaxie géante D’Andromède M31. M32 est une naine selon les normes galactiques, car elle ne mesure que 2400 années-lumière. (crédit: NOAO/AURA/NSF)

Galaxies irrégulières

Hubble a classé les galaxies qui n’ont pas les formes régulières associées aux catégories que nous venons de décrire dans la corbeille d’une galaxie irrégulière, et nous continuons à utiliser son terme., En règle générale, les galaxies irrégulières ont des masses et des luminosités plus faibles que les galaxies spirales. Les galaxies irrégulières semblent souvent désorganisées et beaucoup subissent une activité de formation d’étoiles relativement intense. Ils contiennent à la fois des étoiles jeunes de population I et des étoiles anciennes de population II.

Les deux galaxies irrégulières les plus connues sont le Grand Nuage de Magellan et le petit nuage de Magellan (Figure 6), qui sont à une distance d’un peu plus de 160 000 années-lumière et sont parmi nos voisins extragalactiques les plus proches., Leurs noms reflètent le fait que Ferdinand Magellan et son équipage, faisant leur tour du monde, ont été les premiers voyageurs européens à les remarquer. Bien qu’ils ne soient pas visibles depuis les États-Unis et L’Europe, ces deux systèmes sont proéminents depuis l’hémisphère sud, où ils ressemblent à des nuages vaporeux dans le ciel nocturne. Comme elles ne sont qu’environ un dixième aussi éloignées que la galaxie D’Andromède, elles constituent une excellente occasion pour les astronomes d’étudier les nébuleuses, les amas d’étoiles, les étoiles variables et d’autres objets clés dans le cadre d’une autre galaxie., Par exemple, le Grand Nuage de Magellan contient le complexe 30 Doradus (également connu sous le nom de nébuleuse de la Tarentule), l’un des groupes d’étoiles supergéantes les plus grands et les plus lumineux connus dans toutes les galaxies.

Figure 6: télescope de 4 mètres à L’Observatoire interaméricain du Cerro Tololo, en silhouette contre le ciel austral. La Voie Lactée est vue à droite du Dôme, et les grands et petits nuages de Magellan sont vus à gauche., (crédit: Roger Smith / NOAO/AURA/NSF)

Le Petit Nuage de Magellan est considérablement moins massif que le Grand Nuage de Magellan, et il est six fois plus long que large. Ce Feu follet étroit de matière pointe directement vers notre galaxie comme une flèche. Le petit nuage de Magellan a très probablement été déformé dans sa forme actuelle par des interactions gravitationnelles avec la Voie Lactée., Une grande traînée de débris de cette interaction entre la Voie Lactée et le petit nuage de Magellan a été éparpillée à travers le ciel et est considérée comme une série de nuages de gaz se déplaçant à une vitesse anormalement élevée, connue sous le nom de courant magellanique. Nous verrons que ce genre d’interaction entre galaxies aidera à expliquer les formes irrégulières de toute cette catégorie de petites galaxies,

Galaxy Evolution

encouragés par le succès du diagramme H-R pour les étoiles (voir analyse de la lumière des étoiles), les astronomes étudiant les galaxies espéraient trouver une sorte de schéma comparable, où les différences d’apparence pourraient être liées à différents stades évolutifs de la vie des galaxies. Ne serait-il pas agréable que chaque galaxie elliptique évolue en spirale, par exemple, tout comme chaque étoile de la séquence principale évolue en géante rouge? Plusieurs idées simples de ce genre ont été essayées, certaines par Hubble lui-même, mais aucune n’a résisté à l’épreuve du temps (et de l’observation).,

parce qu’aucun schéma simple pour faire évoluer un type de galaxie en un autre n’a pu être trouvé, les astronomes ont alors eu tendance au point de vue opposé. Pendant un certain temps, la plupart des astronomes ont pensé que toutes les galaxies se sont formées très tôt dans l’histoire de l’univers et que les différences entre elles avaient à voir avec le taux de formation des étoiles. Les elliptiques étaient ces galaxies dans lesquelles toute la matière interstellaire était rapidement convertie en étoiles. Les spirales étaient des galaxies dans lesquelles la formation d’étoiles s’est produite lentement pendant toute la durée de vie de la galaxie. Cette idée s’est également avérée trop simple.,

Aujourd’hui, nous comprenons qu’au moins certaines galaxies ont changé de type au cours des milliards d’années qui ont suivi le début de l’univers. Comme nous le verrons dans les chapitres suivants, les collisions et les fusions entre galaxies peuvent changer radicalement les galaxies spirales en galaxies elliptiques. Même les spirales isolées (sans galaxies voisines en vue) peuvent changer d’apparence au fil du temps. À mesure qu’ils consomment leur gaz, le taux de formation d’étoiles ralentira et les bras spiraux deviendront progressivement moins visibles., Sur de longues périodes, les spirales commencent donc à ressembler davantage aux galaxies au milieu de la Figure 3 (que les astronomes appellent les types S0).

au cours des dernières décennies, l’étude de l’évolution des galaxies au cours de la vie de l’univers est devenue l’un des domaines les plus actifs de la recherche astronomique. Nous discuterons de l’évolution des galaxies plus en détail dans L’évolution et la Distribution des Galaxies, mais voyons d’abord un peu plus en détail à quoi ressemblent les différentes galaxies.,

Glossaire

galaxie elliptique: une galaxie dont la forme est une ellipse et qui ne contient aucun matériau interstellaire remarquable

galaxie irrégulière: une galaxie sans symétrie ni motif clairs; ni spirale ni galaxie elliptique

galaxie spirale: une galaxie aplatie et rotative avec des bras en forme de moulinet de matière interstellaire et de jeunes étoiles, s’enroulant