galaxie (suite)

Spectre des galaxies

Dans l’ensemble, ce sont les étoiles naines jaunes analogues au Soleil qui ont imposé leurs principaux caractères aux spectres composites des galaxies. Pour les galaxies les plus faibles, les raies d’absorption H et K du calcium ionisé Ca⁺ apparaissent presque uniquement. C’est par rapport à ces raies que sont mesurés le plus souvent les décalages. L’étude spectrale des galaxies est surtout faite par les procédés de la photométrie en six couleurs. Par rapport à une naine dG5, le rayonnement d’Andromède (M 31) présente davantage à la fois d’ultraviolet, à cause de la présence de supergéantes, et d’infrarouge en raison de la présence de naines rouges. Ces différences sont moindres par rapport à une géante gG5 ; il y a même identité pour le rayonnement en ultraviolet. Si l’on s’adresse au noyau seul d’une spirale ou même à une galaxie elliptique, la richesse en ultraviolet devient moindre que pour une naine ou une géante ordinaire à cause de la disparition des géantes bleues.

Distances des galaxies

Pour les galaxies de l’amas local, on a pu disposer de plusieurs critères de distance : céphéides, supergéantes, novae, supernovae et amas globulaires (analogues à ceux de notre Galaxie), avec cette particularité que les supergéantes bleues (de magnitude absolue M = – 7) sont absentes des noyaux des galaxies spiralées et de l’ensemble des galaxies ellipsoïdiques. On a adopté la magnitude absolue M = – 6,4 pour la moyenne des quatre étoiles les plus brillantes d’une galaxie spiralée.

On s’est ensuite attaqué aux distances des galaxies de l’Amas Virgo, le plus important pour nous et le plus proche après l’amas local. Les céphéides n’y sont plus perceptibles, mais les supergéantes bleues donnent des indications sûres jusqu’à 6.10⁶ pc. Les galaxies de distances ainsi bien déterminées ont fourni d’autres critères permettant de pousser plus loin les sondages. En particulier, comme les plus belles spirales de l’Amas Virgo surpassent l’éclat de leurs propres supergéantes d’une quantité équivalente à 10 unités de magnitude, on a pu établir comme « plafond » de luminosité pour le corps principal d’une galaxie une magnitude photographique M_pg = – 19, ce qui était déjà le résultat obtenu pour la nébuleuse d’Andromède. Le critère généralement adopté est d’attribuer cette valeur de – 19 à la cinquième galaxie dans un amas copieux.

En appliquant la relation de Pogson M – m = 5 – 5 log r à une galaxie de magnitude absolue M = – 19 et dont la magnitude apparente est supposée être m = + 23, on obtient la distance r de cette galaxie en parsecs :
log r = 9,4 ; r = 2,5.10⁹.

Telle serait la portée limite du télescope Hale, s’il n’y avait ni absorption ni affaiblissement d’images par récession.

Au lieu de considérer l’éclat des plus belles galaxies d’un amas, on fait souvent intervenir la notion de galaxie moyenne. Des statistiques appliquées à de nombreux amas donnent la valeur M = 15,1 comme la plus fréquente. Dans la pratique, la photométrie de ces objets extrêmement lointains reste particulièrement délicate. Le fait que les galaxies aient une population assez clairsemée sur leur pourtour rend toujours très difficile l’appréciation de leurs magnitudes apparentes globales par comparaison avec les sources ponctuelles que sont les étoiles.

Une raison très importante a fait sous-estimer jusqu’à ces dernière années les distances d’un certain nombre de galaxies lointaines, dans lesquelles on avait pris pour des supergéantes bleues des masses lumineuses que l’on reconnut par la suite être des nébulosités brillantes (analogues à la nébuleuse d’Orion par exemple), dont la luminosité globale est bien plus considérable.

Une révision en cours des données photométriques des galaxies très lointaines a déjà conduit à modifier un certain nombre de distances, dont la connaissance reposait sur l’appréciation des magnitudes apparentes globales. Une autre révision, plus importante encore, a été introduite en 1952 par modification de l’étalonnage de la courbe de la luminosité des céphéides.

Notre Galaxie est une « belle galaxie spiralée », mais elle n’est pas de dimensions exceptionnelles et il en existe de plus grandes dans notre voisinage même.

Vitesse radiale ; phénomènes de la récession

Les spectres des galaxies présentent un décalage de leurs raies spectrales vers le rouge. Ce décalage, parfois considérable, car il peut atteindre 1 600 Å, doit être attribué à l’effet Doppler-Fizeau, qui se traduit par la relation

z étant le décalage de la raie considérée, λ la longueur d’onde de cette raie, V_r la vitesse radiale du centre d’émission de la raie et c la vitesse de la lumière.

Dans toute l’étendue du spectre, le décalage relatif des raies reste constant. Cette propriété a été vérifiée pour les décalages observés dans les spectres des galaxies, depuis l’ultraviolet jusqu’à la raie de 21 cm de l’hydrogène neutre, et l’effet Doppler est le seul qui jouisse de cette propriété. Il y a donc tout lieu d’admettre un déplacement relatif de la source et de l’observateur, c’est-à-dire une récession des galaxies.

La réalité d’un phénomène de « récession », qui a pour conséquence inéluctable la prise en considération d’un univers en expansion, est toutefois contestée par certains astronomes, peut-être effrayés par l’ampleur du phénomène et les conséquences « finalistes » que l’on pourrait en tirer. On peut faire à ce sujet les remarques suivantes.
1. Ni l’effet Einstein (décalage vers le rouge dans un champ de gravitation extraordinairement intense), ni l’effet Compton (diminution de l’énergie des photons par chocs répétés avec des électrons de rencontre) ne peuvent être mis en cause, Dans le dernier cas, en particulier, le choc s’accompagne d’une déviation des photons qui ont subi le choc des électrons. Ces photons sont ainsi justement ceux qui ne parviendraient pas à l’instrument d’observation.
2. Certains auteurs envisagent soit un « vieillissement » de la lumière qui nous arrive après avoir cheminé parfois des centaines de millions d’années dans l’espace, soit des modifications dans les constantes de la Nature. Dans ces conditions, de telles modifications auraient dû se faire sentir dans le système solaire ; or, son rayonnement est resté pratiquement identique depuis plusieurs milliards d’années. Il en est de même pour les galaxies qui appartiennent au même « amas » que nous (amas local), à l’intérieur duquel le phénomène de récession ne se fait pas sentir.
3. Il paraît conforme à tout ce que l’on sait de l’Univers que son évolution d’ensemble soit univoque. À l’intérieur des étoiles, par exemple, l’hydrogène se transforme en hélium, qui reste inattaquable, comme une scorie de ces titanesques foyers, et la réaction inverse ne peut être envisagée. Une dissémination générale de la matière, correspondant à un accroissement général de l’entropie dans l’Univers, semble donc constituer une éventualité raisonnable.