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galaxie

(grec galaksias, voie lactée, de gala, lait)

Galaxie active NGC 5128
Galaxie active NGC 5128

Vaste ensemble d'étoiles et de matière interstellaire dont la cohésion est assurée par la gravitation. (La Galaxie à laquelle appartient le système solaire est désignée par une majuscule.)

La Galaxie se présente comme un disque très aplati de diamètre voisin de 30 000 parsecs (100 000 al) et d'épaisseur à peu près uniforme, avec une grosse boursouflure centrale, le bulbe. Le centre est situé pour nous vers la constellation du Sagittaire. La position du Soleil y est excentrée, aux deux tiers d'un rayon à partir du centre et légèrement au N. du plan moyen, l'épaisseur du disque à ce niveau étant d'environ 1 000 pc. La concentration diminue du centre vers le bord du disque. Autour du disque se répartissent des amas globulaires dans un halo sphéroïdal.

La Galaxie est un ensemble d'étoiles, de gaz et de poussières. La présence de gaz se manifeste sous forme de nébuleuses brillantes (ou régions H II) au voisinage des étoiles chaudes et sous forme de gaz froid, décelable seulement dans le domaine des ondes radio, loin des étoiles chaudes. L'ensemble du gaz et des poussières constitue le milieu interstellaire ; il représente environ 10 % de la masse totale.

Le disque comprend environ 70 % de la masse totale ; il contient des étoiles d'âges et de masses variés et toute la matière interstellaire. Cette dernière et les étoiles les plus jeunes sont réparties le long de bras spiraux dans un disque d'épaisseur très faible, de l'ordre de 200 al. Les étoiles plus vieilles et les nébuleuses planétaires sont moins concentrées (épaisseur moyenne : de 700 à 1 000 al).

Le bulbe est pour l'essentiel constitué d'étoiles vieilles riches en métaux et d'étoiles de population II. La répartition du gaz interstellaire révélée par les observations radioastronomiques et infrarouges indique une structure complexe et d'importants mouvements d'expansion du gaz à partir du centre galactique.

Le halo est essentiellement peuplé d'étoiles âgées et de population II réparties dans les amas globulaires. Certaines observations récentes montrent qu'il existe également une vaste couronne gazeuse autour du disque. Le disque est animé d'une rotation d'ensemble. Celle-ci ne s'effectue pas comme celle d'un corps solide : c'est une rotation différentielle, où la vitesse de rotation varie en fonction de la distance au centre. Le Soleil et le système solaire tournent à une vitesse d'environ 250 km.s−1 ; il leur faut environ 240 millions d'années pour effectuer le tour de la Galaxie. En outre, le Soleil a par rapport aux étoiles de son voisinage un mouvement particulier. Celui-ci s'effectue à une vitesse de 19,5 km.s−1, dans une direction du ciel, appelée apex, située dans la constellation d'Hercule.

Historique et hypothèses

E. Kant en 1755 eut l'intuition que la Voie lactée n'était pas un système unique et que d'autres mondes stellaires, les « univers-îles », devaient exister bien au-delà. Les observations de l'astronome américain Hubble n'en apportèrent la preuve qu'après 1920. Des dizaines de millions de galaxies sont connues aujourd'hui et celles-ci apparaissent comme le constituant fondamental de l'Univers. Ce sont de vastes systèmes dont le diamètre typique est de l'ordre de 100 000 al (la plus grande galaxie connue, découverte en 1987, aurait 1 300 000 al de diamètre), qui contiennent des étoiles (environ 100 milliards en moyenne), du gaz (de 0 à 30 % de la masse totale) et des poussières. Hubble a proposé en 1926 de classer les galaxies suivant trois grandes catégories, d'après leur forme : elliptiques, spirales (barrées ou non) et irrégulières. Des subdivisions plus fines dans chaque catégorie caractérisent le type morphologique de la galaxie.

Les galaxies elliptiques constituent environ 15 % de l'ensemble ; les galaxies spirales, environ 80 % ; les galaxies irrégulières, environ 3 % ; enfin, il existe environ 2 % de galaxies particulières, qui n'entrent pas dans cette classification. L'analyse du contenu des galaxies montre que la séquence des types morphologiques a une signification physique liée à la proportion d'étoiles jeunes et de gaz. La mesure des décalages des raies spectrales observées (en optique et en radio) en différents points sur une galaxie permet de déterminer le mouvement d'ensemble et les mouvements internes dans la galaxie. La répartition des galaxies n'est pas uniforme ; la plupart sont groupées en paires, triplets, groupes, amas et superamas. Les raies des spectres des galaxies sont systématiquement décalées vers le rouge et le décalage est proportionnel à leur distance. Ce phénomène s'interprète dans le cadre de la théorie de la relativité générale comme une conséquence de l'expansion de l'Univers.

On admet généralement aujourd'hui que toutes les galaxies se sont formées simultanément, environ un milliard d'années après le big bang, mais que les différents types résultent des conditions initiales de formation et traduisent des rythmes très différents du taux de formation des étoiles. Ainsi, les galaxies elliptiques seraient celles qui transforment pratiquement tout leur gaz en étoiles dès leur formation. Les irrégulières, au contraire, transformeraient très lentement leur gaz en étoiles. Les spirales auraient un rythme intermédiaire de transformation du gaz en étoiles. Toutefois, des résultats récents indiquent que le contenu gazeux d'une galaxie est aussi lié à son environnement. En particulier, les interactions gravitationnelles entre galaxies proches induisent des déformations de structure et peuvent stimuler le taux de formation des étoiles. Certaines galaxies (moins de 5 % de l'ensemble) présentent une activité importante localisée dans leur noyau : radiogalaxies, galaxies de Seyfert, quasars. D'autres semblent abriter des sites de production récente et intense d'étoiles très bleues et lumineuses. Toutes ces anomalies pourraient correspondre à certaines phases brèves d'activité d'une galaxie, au cours de son évolution.