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LES GALAXIES

Photos de quelques galaxies


Depuis le Moyen-age certains esprits précurseurs postulaient l’existence d’autres univers tel Giordano BRUNO, brûlé pour avoir été trop en avance sur son temps. Il a fallu attendre que les moyens d’observation se développent et le précieux travail du grand Edwin HUBBLE, au début de ce siècle, pour que l’existence des galaxies soit véritablement établie.
Très vite les études ont montré que les galaxies n’évoluaient pas de façon indépendante mais qu’elles étaient en constante interaction avec le milieu extragalactique et avec leurs voisines. Les influences des galaxies entre elles sont essentiellement dominées par l’interaction gravitationnelle, elle est responsable en partie de la morphologie de ces univers-îles .
A très grande échelle les quelques quarante milliards de galaxies ne se répartissent pas de façon homogène, elles se regroupent en amas, eux- même répartis selon de longs filaments qui délimitent de grandes zones sans galaxies.
Les études menées par Hubble et Humason ont montré que la population des galaxies dans les amas était de morphologie différente de celle des régions moins denses.
Dans les zones peu denses les galaxies rencontrées sont essentiellement en spirales (80 %), alors que dans les amas elles sont principalement elliptiques (70 %).Ces deux types de galaxies ne diffèrent pas seulement par leur forme mais aussi par leur contenu. Les études statistiques effectuées sur les populations stellaires des galaxies révèlent que dans les elliptiques les étoiles sont sensiblement plus âgées que dans les spirales et que ces dernières renferment du gaz en quantité plus importante. D’autre part les spirales montrent un mouvement de rotation d’ensemble alors que les elliptiques ont peu de mouvement à grande échelle.
L’étude de la morphologie des galaxies permettra sans doute de faire progresser la recherche sur l’origine de leur formation. A l’intérieur même des amas la ségrégation morphologique apparaît. Plus on se rapproche du centre de l’amas plus la population d’elliptiques devient importante, alors que sur les bords on constate que les spirales tardives sont majoritaires. En fait la position d’une galaxie dans la classification de Hubble ne résulte pas, comme on le pensait au début, d’une séquence historique, mais dépend du nombre et de l’importance des interactions subies par la galaxie au cours de son histoire. De récentes théories suggèrent que les galaxies se sont formées à partir de structures plus petites qui auraient fusionné. La galaxie résultante dépendrait essentiellement de la population stellaire de ces premières structures, elles-mêmes conditionnées par la densité de matière régnant dans la région de l’univers considéré. La morphologie des galaxies doit avoir par conséquent un lien direct avec les hétérogénéités de densité de l’univers. Mais les interactions au cœur des amas sont aussi responsables de la forme des galaxies. En effet, dans les régions du centre où la densité de galaxies est très importante, les effets de marée gravitationnelle prédominent et influencent grandement la morphologie des galaxies. 
L’interaction gravitationnelle permet la fusion de galaxies entre elles. Le résultat est souvent la formation d’elliptiques.
Il existe aussi un autre type d’interaction due à la présence d’un gaz très chaud que l’on a mis en évidence par la forte émission en rayons X, son origine semble remonter à la formation de l’univers. Ce gaz aurait été emprisonné au cœur des amas sans se refroidir. La forte présence de l’élément fer suggère que ce gaz soit d’origine stellaire. Néanmoins, il influence de manière certaine la morphologie des galaxies. Les spirales sont les plus sensibles à ce genre d’interaction. Elles contiennent en effet une proportion importante de gaz et lorsqu’elles passent dans les régions du centre de l’amas elles sont véritablement épluchées de ce gaz. Ce phénomène peut s’expliquer par deux processus: le balayage par pression dynamique et l’évaporation thermique.
Le premier processus est en fait une perte de l’hydrogène atomique présent sur le bord du disque galactique, qui, sous l’effet de la pression des gaz chauds du centre est évacué vers l’extérieur. Le second processus consiste en l’évaporation du gaz galactique réchauffé par le gaz intergalactique plus chaud. Ces deux phénomènes ne perturbent que le gaz des galaxies, ils n’affectent donc pas les étoiles. En revanche, les interactions dominées par la force de gravité peuvent perturber grandement les orbites stellaires.
Seules les processus d’évolution morphologique permettent d’expliquer l’abondance de galaxies elliptiques observées. En particulier l’exceptionnelle luminosité des galaxies cannibales que l’on rencontre au cœur des amas et qui ont une luminosité dix fois supérieure et un rayon quatre fois plus grand qu’une elliptique normale ( 150 000 années lumières). Ces galaxies monstres semblent s’être formées en capturant d’autres galaxies plus petites. D’ailleurs la présence de plusieurs noyaux massifs au cœur de ces cannibales tendrait à le prouver. Comment différencier les conséquences des interactions gaz-galaxies et galaxies-galaxies? En étudiant de près les deux amas Abell 2147 et Abell 2151, on constate que dans ce dernier la densité de galaxies est moins importante et que l’émission de rayons X est moins intense. Cela suggère que pour éplucher les galaxies de leurs gaz, le processus d’interaction gaz interstellaire-galaxies prédomine sur l’interaction des galaxies entre elles. De plus la température du gaz intergalactique dans Abell 2147 est assez basse, ce qui semble indiquer que le processus par balayage dynamique prévaut sur l’évaporation qui nécessite des températures plutôt hautes. Une galaxie peut donc réellement changer de morphologie soit par évaporation, soit par balayage. Pour q’une spirale devienne une elliptique il suffit que son taux de formation stellaire soit inhibé pendant quelques milliards d’années. Ceci est possible si la galaxie ne possède plus de carburant pour former ces étoiles, en l’occurrence l’hydrogène atomique. Or, nous savons que les galaxies peuvent perdre jusqu’à 90 % de leur gaz, et c’est bien dans le gaz des galaxies que se forment les étoiles. Par manque de gaz les galaxies se transformeraient en type plus précoce de la classification de HUBBLE (bras spiraux atténués comme NGC 4921 dans l’amas de COMA de type lenticulaire).
Les galaxies lenticullaires rencontrées en grand nombre dans les amas seraient en fait des spirales qui par manque de gaz auraient évolué. Cependant, cette explication ne vaut pas pour les elliptiques. Elles ont une dynamique très particulière et leur forte proportion ne peut s’expliquer que par l’interaction gravitationnelle. Mais une galaxie ne se résume pas à sa masse visible, les courbes de rotation qui devraient décroître régulièrement du centre vers la périphérie subissent une brusque hausse au niveau de l’extérieur du disque visible. Ceci suggère la présence de matière sombre contenue dans ce que l’on appelle le halo galactique. L’examen des courbes de rotation des galaxies contenues dans les amas montre que certaines d’entre elles ont un profil de rotation qui décroît régulièrement, ce qui semble indiquer que la matière du halo a été épluchée par des interactions avec d’autres galaxies.
Toutefois une campagne d’observation avec le télescope de 3,6 mètres d’HAWAÏ montre que cette explication ne semble pas être valable pour tous les amas. De plus la méthode utilisée porte uniquement sur les elliptiques. Or, ces dernières sont très rares au centre des amas, ce qui rend l’étude difficile. La seule conclusion que nous puissions émettre à l’heure actuelle, est que les conditions initiales de la formation et l’environnement des galaxies sont sans nul doute responsables de leur morphologie et de leurs propriétés. Un approfondissement des conditions cosmologiques de la formation des galaxies et de nouvelles campagnes d’observation devraient permettrent de mieux comprendre comment agissent les processus innés et les interactions dues à l’environnement sur l’évolution des galaxies. Les recherches dans ce domaine ne font que débuter.

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        Classification des galaxies                       galaxie elliptique                          galaxie spirale

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