L'Univers: Sommaire

Les galaxies et les quasars

La plupart des étoiles qui forment notre Galaxie – la Voie lactée – sont distribuées dans un système très aplati, d’environ 30 000 parsecs de diamètre et quelques centaines de parsecs d’épaisseur. Le Soleil y occupe une position excentrique, à environ 8 000 parsecs du centre. Ce système est en rotation (un tour en 200 millions d’années au niveau du Soleil). Le disque galactique contient également de la matière interstellaire très diluée – gaz et un peu de poussière – dont la masse est de l’ordre de un dixième de celle des étoiles.

Cette matière est très inhomogène puisqu’elle comporte des parties très peu denses et très chaudes, des nuages froids et neutres, ainsi que des zones intermédiaires. Certains nuages particulièrement denses sont composés principalement de molécules et sont donc dits nuages moléculaires . C’est au sein de ces nuages que naissent les étoiles grâce à l’effondrement, sous l’effet de leur propre gravité, de leurs parties les plus denses. Les étoiles les plus massives qui sont ainsi créées dispersent le gaz en l’ionisant (on observe alors une nébuleuse gazeuse comme la Nébuleuse d'Orion), ou en le soufflant par les vents qu’elles émettent tout au cours de leur vie, enfin lors de leur explosion finale sous forme de supernova. Vents stellaires et supernovae restituent de la matière (enrichie en éléments lourds grâce à la nucléosynthèse stellaire) au milieu interstellaire ; le refroidissement de celui-ci produit de nouveaux nuages. Ainsi s’établit une situation de quasi-équilibre, situation évolutive cependant puisqu’au cours du temps il y a de moins en moins de masse sous forme de gaz et de plus en plus sous forme d’étoiles : les étoiles de faible masse qui vivent très longtemps, et les naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs, bloquent de plus en plus de matière qui ne participe plus à l’évolution ultérieure.

Dans les parties centrales de la Galaxie – qui ont l’aspect d’un bulbe stellaire peu aplati – et dans le halo très dilué qui l’entoure, on ne trouve guère que des étoiles vieilles, si bien que l’évolution est déjà terminée (sauf dans la région tout à fait centrale qui est très active). Il apparaît que notre Galaxie contient une grande quantité de matière sous une forme non lumineuse, dont la nature est encore inconnue. L’un des traits caractéristiques de notre Galaxie, comme de nombreuses autres, est sa structure spirale, qui concerne surtout la matière interstellaire et les étoiles jeunes qui s’y forment. On sait aujourd’hui que les bras de spirale sont des ondes de densité, où la matière entre par la concavité, s’accumule temporairement et sort du côté convexe. La rotation du système de bras se fait sans déformation, bien que les parties externes du disque galactique tournent moins vite que ses parties internes.

L’Univers comporte des milliards de galaxies. Certaines sont des galaxies spirales comme la nôtre, d’autres, généralement moins lumineuses, sont de forme irrégulière. D’autres galaxies, dites elliptiques, sont de structure beaucoup plus simple, en forme d’ellipsoïde, et ne contiennent que peu ou pas de matière interstellaire : elles ont donc terminé leur évolution. Les galaxies lenticulaires, systèmes aplatis comportant des quantités variables de matière interstellaire mais où la formation présente d’étoiles n’est pas évidente, ne sont pas encore bien comprises. Certaines de ces galaxies ont un noyau actif et brillant, qui peut être à l’origine de l’accélération de particules jusqu’à de hautes énergies, ou de jets de gaz. L’origine de l’énergie énorme produite par ces noyaux n’est pas encore très claire, mais on admet généralement qu’ils contiennent en leur centre un trou noir massif, et que la masse de la matière qui tombe dans ce trou noir peut être en grande partie convertie en énergie. Un cas extrême est celui des quasars, noyaux tellement brillants que la galaxie qui les entoure devient très difficile à observer (de telles observations existent, cependant). Les quasars sont si lumineux qu’on peut les voir à des distances bien plus considérables que les galaxies ordinaires : ce sont les objets qu’on peut observer le plus loin dans l’Univers.

Les galaxies ne sont pas réparties uniformément, mais dans des amas comportant de quelques individus à quelques milliers d’individus, et dont les dimensions peuvent atteindre plusieurs mégaparsecs. Ces amas sont eux-mêmes groupés en superamas, mais il semble que l’Univers soit à peu près vide entre ces superamas, à l’exception de quelques nuages de gaz isolés. L’existence de superamas de galaxies a été démontrée. Les astrophysiciens qui étudient l’Univers dans son ensemble, qui sont donc spécialistes en cosmologie, ont l’habitude de supposer que l’Univers est isotrope et uniforme (en d’autres mots qu’il n’y a pas de régions particulières dans l’Univers). Cette hypothèse est vraisemblablement trop simpliste : plusieurs astronomes ont montré que certaines régions du ciel (comme celles dans la constellation du Bouvier) semblent être absolument vides. Ce fait a été vérifié grâce à des télescopes comme le télescope spatial Hubble, capable de détecter des astres cent fois moins lumineux que ceux que l’on est capable de voir aujourd’hui.

Il reste que l’Univers n’est peut-être pas aussi simple et uniforme que l’on pense. Les amas de galaxies contiennent, en plus des galaxies, du gaz dont la masse peut être aussi grande que la masse totale des galaxies. Ce gaz est très chaud (plus d’un million de degrés) et rayonne surtout dans le domaine X. Comme il contient des éléments lourds, il a été vraisemblablement éjecté par les étoiles appartenant aux galaxies, à une époque peut-être reculée. Les amas de galaxies contiennent apparemment, comme les galaxies spirales et notre Galaxie en particulier, une quantité importante de masse obscure de nature inconnue. On a assez récemment réalisé la grande importance des interactions entre galaxies, favorisées par leur groupement en amas où leurs vitesses d’agitation sont assez grandes. Cela peut aller jusqu’au « cannibalisme », les plus grosses galaxies pouvant s’incorporer les petites qu’elles rencontrent.