Le blog de cepheides

Publié le 7 Octobre 2012 par cepheides

Publié dans : #astronomie

DE L'ASTRONOMIE : galaxies cannibales

Dans l’Univers observable, au plus loin que peuvent porter nos instruments, gravitent des milliards de galaxies, chacune renfermant des centaines de milliards d’étoiles. Toutefois, ces énormes objets ne sont pas distribués au hasard : les galaxies sont regroupées en amas qui peuvent en contenir de quelques dizaines à quelques centaines, amas eux-mêmes rassemblés en « superamas » dont la distribution est régulière le long de gigantesques filaments galactiques. On pense que cet agencement assez régulier est la conséquence directe du début de l’expansion de l’Univers, immédiatement après le Big bang. Bien que séparées par des distances inconcevables pour l’esprit humain, est-il possible que certaines des ces immenses structures puissent se rencontrer et, en pareil cas, que pourrait-il bien se passer ?

Espaces galactiques

Comme l’a démontré Einstein avec la théorie de la relativité générale, la force qui lie les milliards d’étoiles dans ces vastes ensembles que l’on appelle galaxies est la gravitation, dite justement universelle. Cette gravitation permet en effet aux différents astres d’exercer des attractions réciproques les uns sur les autres et donc de les lier… A plus grande échelle, les galaxies, elles-aussi, sont concernées par cette force de gravitation… à la condition toutefois qu’elles ne soient pas trop éloignées entre elles ce qui est le cas de celles qui peuplent les mêmes amas.

* les amas galactiques : dans chacune de ces structures, les galaxies sont suffisamment proches (tout est relatif) pour s’attirer mutuellement. En revanche, les amas sont trop éloignés les uns des autres pour que la force de gravitation puisse s’exercer et, de ce fait, en raison de l’expansion générale de l’Univers, ils s’éloignent dans toutes les directions (un peu à la manière d’une éponge géante qui gonflerait). On peut visualiser cela facilement dans notre propre amas galactique grâce à l’effet Doppler qui montre que toutes les galaxies ont leurs spectres lumineux décalés vers le rouge (Redshift), et donc s’éloignent de nous, à la notable exception de celles qui se trouvent dans notre amas et qui se rapprochent (décalage de leurs spectres vers le bleu). C’est ce qu’observa Edwin Hubble en 1923 : il fut le premier à en conclure que la plupart des galaxies s’éloignent de nous et ce d’autant plus vite qu’elles sont plus lointaines. Pour un observateur situé sur Terre, l’exception concerne donc notre propre amas galactique, le groupe dit « local ».

amas local

* le groupe local : on appelle ainsi l’amas de galaxies qui abrite la Voie lactée ainsi qu’une soixantaine d’autres galaxies de tailles et de formes variables. En fait, dans notre amas, la Voie lactée partage la vedette avec sa grande voisine, la galaxie d’Andromède (M31). Ces deux objets se ressemblent : toutes deux sont des galaxies spirales (voir le sujet : les galaxies) mais Andromède est plus grosse (autour de 1000 milliards d’étoiles contre « seulement » 200 milliards environ à la Voie lactée) et donc plus étendue dans l’espace avec forcément une densité stellaire plus importante. Pourtant, contrairement à ce que l’on aurait pu penser, la Voie lactée semble plus massive et cela s’expliquerait par le fait qu’elle renfermerait une plus grande quantité de matière noire (voir : matière noire et énergie sombre). Autre différence, notre galaxie crée plus d’étoiles que sa voisine, peut-être 3 à 5 fois plus. Quoi qu’il en soit, ces deux géantes sont semblables et entourées de galaxies de taille plus petites… qu’elles ont tendance à attirer et donc à absorber !

Galaxies cannibales

On a longtemps pensé que le « cannibalisme » galactique – c'est-à-dire l’absorption d’une galaxie par une autre - était un phénomène relativement rare. La qualité de nos instruments grandissant et les observations devenant forcément plus pointues, on s’est rendu compte que cela n’était pas le cas. Des galaxies lointaines ayant fusionné dans le passé, on en trouve bien des exemples. Toutefois, plus près de nous (dans le temps et dans l’espace), les observations ont montré qu’il en était de même pour Andromède… mais aussi, comme on le verra, pour notre propre galaxie.

* la galaxie d’Andromède M31 (autrefois improprement appelée "grande nébuleuse d’Andromède") est cette superbe galaxie spirale que l’on peut observer avec des jumelles sous la forme d’une tache diffuse dans la constellation du même nom mais qui révèle toute sa splendeur au travers de la lentille d'un télescope. Une vingtaine de galaxies naines orbitent autour de cette géante, deux d’entre elles étant clairement visibles (la galaxie du Triangle et M110). Près de 500 amas globulaires, c'est-à-dire des groupes d’étoiles pouvant renfermer d’une centaine de milliers à un million d’étoiles (voir le sujet : amas globulaires et traînards bleus) sont également satellites d’Andromède. Il s’agit de formations probablement nées en même temps que la galaxie principale car elles sont riches en étoiles anciennes. Peu à peu, par l’effet des « forces de marée » (gravitation), ces structures sont absorbées par la géante... Il en est – ou en sera - de même des galaxies satellites. Les scientifiques utilisant le télescope de La Palma (Canaries) ont d’ailleurs récemment pu mettre en évidence l’absorption de deux petites galaxies par Andromède : c’est bien ce que d’aucuns appellent le cannibalisme galactique. Et c’est une preuve supplémentaire du fait que les grosses galaxies se sont formées par l’agglomération de structures plus petites, un phénomène somme toute banal qui, comme on va le voir, concerne également notre propre galaxie.

* la Voie lactée – que l’on appelle aussi « la Galaxie » (avec un G majuscule) car c’est la nôtre – est plus difficile à observer puisque, par définition, le système solaire se situe en son sein. En l’absence de toute pollution lumineuse, elle n’est partiellement visible que sous l’aspect d’une forme claire, une tache laiteuse - d’où son nom - mais on sait que sa structure est celle d’une galaxie spirale classique (voir le sujet : place du Soleil dans la Galaxie). Comme pour sa grande voisine, la Voie lactée est également entourée de galaxies naines satellites, respectivement pour les plus importantes : la galaxie du Grand Chien (à 42 000 années-lumière - ou al - du centre galactique), la galaxie du Sagittaire (à 80 000 al), le Grand Nuage de Magellan (à 180 000 al) et le Petit Nuage de Magellan (210 000 al).

La plupart du temps, les galaxies satellites « phagocytées » par la galaxie principale ne le sont pas directement car elles sont en réalité progressivement dilacérées. En 1938, déjà, une galaxie naine avait été découverte par l’astronome Shapley dans la constellation du Fourneau, son cœur encore repérable bien qu’elle ait été intégrée depuis longtemps à la Voie lactée. De la même façon, il y a une quinzaine d’années, les scientifiques ont pu observer, cachée derrière les étoiles du bulbe de la Voie lactée, la dislocation en cours de la galaxie du Sagittaire. Enfin, il y a peu (2003), c’était au tour d’une galaxie naine dans la constellation du Grand Chien. Cette structure – qui contient environ un milliard d’étoiles – est fortement tailladée par les forces de marée de la Voie lactée au point que son cœur est considérablement délabré tandis qu’une longue traînée de ses étoiles (appelée anneau de la Licorne) fait trois fois le tour de son prédateur…

On le voit, l’activité d’absorption de notre galaxie est importante… d’autant qu’il est difficile de repérer les restes des galaxies satellites absorbées par le passé puisque, étirées par les formidables force gravitationnelles émises par elle, ces galaxies n’ont plus rien de l’aspect sphéroïdal de leur origine.

Au total, c’est près de 10 galaxies naines proches de la Voie lactée qui ont été ou sont en cours d’absorption. Même les Nuages de Magellan, galaxies irrégulières plus lointaines, sont concernés et laissent continuellement certaines de leurs étoiles se faire capter par leur immense voisine.

L’espace entre les étoiles est colossal : la lumière met, par exemple, plus de quatre ans pour provenir de notre plus proche voisine, la naine rouge, Proxima du Centaure. De ce fait lorsque, attiré par une galaxie plus grosse, un groupe d’étoiles arrive au contact, la probabilité d’une rencontre stellaire est voisine de zéro. Aucun risque de collision ! Il n’en est bien sûr pas de même pour les gaz interstellaires qui s’étendent sur des espaces immenses : leur échauffement par leur densification et les forces gravitationnelles permet la formation de véritables pépinières de nouvelles étoiles et c’est même un des mécanismes principaux de ces naissances.

Suite à ces absorptions successives, il semble que 10% des étoiles qui peuplent notre Galaxie soient des « immigrées », c'est-à-dire secondairement intégrées à l’ensemble par cannibalisme galactique. On peut citer, à titre d’exemple, Arcturus, la plus brillante étoile de la constellation du Bouvier, très facilement repérable dans le ciel de nos nuits, et qui semble bien provenir du Grand nuage de Magellan…

Avenir des galaxies

Le remaniement de la composition des grandes galaxies est constant : des étoiles s’y créent continuellement, notamment lors de l’absorption d’objets stellaires satellites qui apportent déjà eux-mêmes leurs propres étoiles. Est-ce à dire que le devenir des grandes galaxies d’un amas comme le nôtre est d’aboutir au bout du compte à la formation d’une seule et immense galaxie géante ? C’est le scénario le plus probable quoique que, comme on l’a déjà vu (voir le sujet : les premières galaxies), tout n’est pas encore très clair. Une chose est sûre : si les forces de gravitation au sein d’un même amas ne sont pas contrebalancées par un mécanisme encore à découvrir, les galaxies qui y résident finiront par se rencontrer et ne plus former qu’une seule. C’est d’ailleurs bien ce que nous indiquent les instruments pour notre groupe local. On a déjà expliqué que les spectres lumineux de ses galaxies étaient déviés vers le bleu (blueshift) ce qui sous-entend qu’elles se rapprochent de nous (ou nous d’elles). C’est bien le cas d’Andromède.

La galaxie géante Andromède est située à environ 2,5 millions d’al de la Voie lactée ce qui reste une distance considérable. Toutefois, elle se rapproche à la vitesse de 300 km/seconde : les calculs nous montrent que le choc entre ces deux géantes se fera dans environ 3 milliards d’années sans qu’il y ait, répétons-le, sauf de façon rarissime, de collisions stellaires. La résultante en sera une galaxie elliptique géante, ultime recomposition de notre amas local. Dans ce futur si lointain que les Hommes ne le verront pas, les ciels seront sans doute extraordinaires : la tache, presque invisible aujourd’hui, d’Andromède occupera tout le ciel avec ses milliards d’étoiles susceptibles de se mélanger progressivement à ceux de notre Galaxie…

Et après ?

Si, comme cela est probable, chaque amas galactique n’est plus occupé que par une supergalaxie, ceux-ci continueront certainement à s’éloigner les uns des autres au rythme de l’expansion de l’Univers… jusqu’à ce qu’au bout du temps la matière finisse par se dissoudre dans l’incommensurable espace glacé constamment créé. A moins qu’un mécanisme encore non détecté vienne s’opposer à cette fuite sans fin, inversant par exemple le processus jusqu’à réduire l’Univers en un « Big crunch », analogue inversé du Big bang…

J’aurai l’occasion de revenir sur ce que l’on sait de l’expansion actuelle de l’Univers (et surtout sur ce que l’on ignore) et le rôle de la matière noire (si elle existe vraiment) dans un prochain sujet (voir le sujet : l'expansion de l'Univers).

Images

1. fusion galactique (sources : hubblesite.org in www.astronoo.com)

2. filaments cosmiques (sources : casca.ca)

3. notre groupe galactique local (sources : atunivers.free.fr)

4. la grande galaxie M31 Andromède (sources : presencenet.be)

5. coeur de notre Galaxie (sources : sergebrunier.com)

6. Voie lactée, galaxie du Grand Chien et anneau de la Licorne (sources : www.cosmovisions.com/NaineCMa.htm)

7. fusion de galaxies (sources : hubblesite.org/gallery)

(pour en lire les légendes, passer le pointeur de la souris sur les illustrations)

Mots-clés : galaxies - amas galactiques - superamas - relativité générale - filaments galactiques - effet Doppler/Fizeau - décalage vers le rouge (redshift) - Edwin Hubble - M31 Andromède - matière noire - amas globulaires - Voie lactée - nuages de Magellan - Big crunch