Les galaxies

Ligne du temps
Antiquité
Aujourd'hui
Big Bang
Aujourd'hui
Histoire de l'Univers
Histoire de nos modèles de l’univers
15 milliards d'années
Moins de 10 000 ans
Aristote (350 Av. J-C):
Univers géocentrique
à l’intérieur d’une
sphère d’éther
Copernic (1543): Univers
Héliocentrique où le Soleil
n’est qu’une étoile parmi
plusieurs autres
Newton (Fin du XVIIesiècle):
Premiers questionnements
sur la taille de L’univers
Einstein (1916): Univers non
statique prouvé, mais rejeté
Hubble (1925):
Preuve de
l’expansion de
l’Univers
Hoyle (1950): Premier à
utiliser le terme Big Bang
Théorie
moderne du
Big Bang
Formation des
particules de base, de
l’hydrogène et de
l’hélium à l’intérieur de 3
minutes
Formation des premiers éléments
stables et émission du RFC après
environ 1 million d’années
Formation des premières
galaxies
Alpher et Herman (1948):
Théorie du RFC
Penzias et Wilson
(1965):
Découverte du
RFC
Les plus jeunes structures (les plus anciennes) que nous
pouvons observer sont des galaxies et des quasars. Il est
difficile de dire exactement ce qui s’est formé en premier
(galaxies, étoiles, trous noirs?) puisqu’il nous est impossible
de voir clairement à cette distance.
Premières structures de l’Univers
Une galaxie est un vaste
regroupement d’étoiles, de
nuages de gaz et de poussière
qui sont en orbite autour d’un
trou noir super massif.
Pour vous donner une idée
de grandeur, notre galaxie,
la Voie Lactée, contient
environ 200 milliards
d’étoiles et mesure 100 000
années-lumière de
diamètre.
Qu’est-ce qu’une galaxie?
NGC 4414
Nous verrons qu’il existe plusieurs types de galaxies:
spirales, irrégulières, elliptiques, naines, actives…
Qu’est-ce qu’une galaxie?
NGC 1427AM74 M87

Galaxies jeunes
Lorsque nous regardons
loin dans l’Univers,
plusieurs galaxies ont
des formes irrégulières
(beaucoup plus que ce
que nous observons près
de nous).
Il semble donc que ces
galaxies soient en
formation.
Hubble Deep Field
Formation des galaxies
Plusieurs théories existent pour expliquer la formation des galaxies.
Mais peu importe laquelle de ces théories est la bonne, il semblerait que
seul des galaxies spirales se seraient formées au tout début. Les galaxies
elliptiques se seraient formées relativement tôt après par la collision de
galaxies spirales dans les régions plus denses de l’Univers et
sembleraient être la seul source de quasars connue. Depuis ce temps,
aucune galaxie spirale n’a pu se former, car il ne restait plus de nuages de
gaz suffisamment grands pour former une galaxie, mais les galaxies
elliptiques et irrégulières continuent de se former lorsque deux ou
plusieurs galaxies entrent en collision.
Une théorie explique que les étoiles se sont formées en premier dans un
énorme nuage de gaz et se sont rassemblées pour former une galaxie.
L’autre théorie explique que la forme générale de la galaxie se serait
formée au début avec le trou noir au centre, ce qui aurait amené la
formation d’étoiles autour dans le gaz.
Formation des galaxies
Avant la formation des galaxies, l’Univers visible était surtout composé
d’hydrogène et d’hélium qui étaient distribués de façon extrêmement
uniforme.
Peu à peu, sous l’effet de la gravité, des regroupements sous forme de
nuages de gaz se seraient formés.
Formation des galaxies
Avec le passage du temps et l’effet de plus en plus intense de la gravité
causé par le rapprochement des gaz dans ces nuages, la taille des
nuages s’est tranquillement réduite; les nuages s’effondraient peu à peu
sous leur propre masse ce qui causerait la formation de quelques étoiles.

Formation des galaxies
Comme la gravité avait causé des mouvements pour ces gaz, les nuages
entiers étaient en rotation sur eux-mêmes tout au long de leur effondrement.
Dans un tel cas, une majorité du gaz qui se situe près du plan de rotation
entrerait tout simplement en orbite autour du centre de la galaxie, ce qui
formera éventuellement un disque. Les gaz plus loin du centre s’effondrent
vers ce centre où le trou noir les absorbent et relâche beaucoup d’énergie.
Les étoiles qui
s’étaient formées lors
de l’effondrement du
nuage demeureront
en général en orbite
fortement elliptique
autour du centre et ne
seront pas restreinte
au disque de la
galaxie. Ces étoiles
forment le halo.
Formation des galaxies
Éventuellement, tout le gaz se trouve soit digéré par le trou noir, soit en
orbite dans le disque de la galaxie. Le trou noir devient moins actif dû au
manque de matière à engloutir et la formation de bras progresse avec le
passage du temps. Les étoiles du halo y demeurent et plusieurs se sont
regroupées pour former des amas globulaires.
Quasars
Les quasars ont été découverts dans les années 1960. Un astronome
a observé des sources lumineuses très brillantes qui émettaient aussi
des ondes radio. Bien qu’elles ressemblaient à des étoiles, ces
sources étaient très distantes dans l’univers. Il les nomma donc: QUAsi
StellAR Radio Sources, d’où l’acronyme quasars.
Avec les instruments d’aujourd’hui,
nous pouvons voir que ces quasars
font parties de galaxies. En fait, les
quasars semblent être au centre de
ces galaxies.
Quasars
En tenant compte de leur distance et de leur luminosité, les quasars
semblent émettre 1000 fois l’énergie d’une galaxie comme la Voie
Lactée.
Qu’est-ce qui peut donc émettre cette incroyable quantité d’énergie?
Les observations aujourd’hui
indiquent que ce rayonnement
provient de la matière de la
galaxie qui s’effondre dans un
gigantesque trou noir au centre
de la galaxie.
Animation

Trou noir
Mais qu’est-ce qu’un trou noir?!?
Ce n’est pas comme une balayeuse
cosmique qui aspire tout!
Un trou noir est un objet
extrêmement dense, donc autour
duquel la gravité est extrêmement
forte.
Encore une fois, on revient à l’idée
d’une singularité!
Trou noir
Singularité
Horizon des événements: limite de la région du trou noir à
partir de laquelle rien ne peut s’échapper.
Bien que l’horizon des événements ne soit pas une barrière
physique, il est impossible de savoir ce qu’il y a à l’intérieur
puisque qu’aucun rayonnement ne peut en sortir.
En théorie, tant qu’on est à
l’extérieur de l’horizon des
événements et qu’on se
déplace à peu près à la
vitesse de la lumière, on peut
échapper au trou noir. Mais
dès qu’on le traverse, on est
foutu!
Trou noir
Voici une autre explication pour vous aider à comprendre un trou noir:
Sur la Terre, si on lance un objet à 11,2 km /s , il aura assez d’énergie pour
échapper à l’attraction gravitationnelle terrestre. Il ne retombera donc pas!
C’est ce qu’on appelle la vitesse de libération. Celle-ci dépend de la masse
de l’objet et de sa grosseur: plus dense est l’objet, plus forte est sa gravité
et plus grande sera la vitesse de libération.
Sur le Soleil, la vitesse de libération serait de 615 km/s.
Sur un trou noir, la gravité est tellement intense que même la lumière, qui
voyage à 300 000 km/s n’est pas assez rapide pour s’échapper. La vitesse
de libération d’un trou noir est donc plus élevée que la vitesse de la
lumière, et comme rien ne voyage plus vite que la lumière, rien ne peut
s’échapper d’un trou noir!
Sur une naine blanche (étoile très dense), ce serait 6670 km/s.
Trou noir
Les trous noirs sont donc invisibles car aucune lumière ne peut s’en
échapper. Mais nous savons qu’ils existent grâce à l’intense gravité
autour d’eux.
Par contre, la matière qui s’accumule près de l’horizon des événements,
dans un disque d’accrétion, se réchauffe et émet des rayons X (jets de
lumière représentés ici).
Il est évidemment
impossible de
savoir exactement à
quoi ressemble un
trou noir.
Mais plusieurs
artistes ont essayé
d’en dessinés.

Quasars
Donc, un quasar serait
causé par le rayonnement
de la matière qui se
réchauffe en s’approchant
d’un trou noir extrêmement
massif (millions de fois la
masse du soleil) au centre
d’une galaxie.
Mais qu’est-ce que le trou
noir mange au juste?
Tout ce qui est autour:
gaz, poussières,
étoiles, planètes…
Galaxies actives
Pourquoi voyons-nous seulement des quasars loin dans l’univers?
Est-ce que les galaxies proches de nous ne contiennent pas de trou noir
au centre?
En fait, les observations montrent que la plupart des galaxies semblent
avoir un trou noir super massif en leur centre. Mais la plupart ne seraient
plus ‘actifs’, c’est-à-dire qu’il n’y aurait plus autant de matière qui tomberait
dans le trou noir.
Les galaxies que l’on nomment ‘actives’ (les quasars étant les plus
intenses) émettent donc plus de rayonnement (radio, rayons X…) puisqu’il
y a encore beaucoup de matière autour du trou noir. Avec le temps, cette
matière diminuerait et le rayonnement baisserait. Ce serait le cas de la
Voie Lactée aujourd’hui. Les galaxies actives sont donc très jeunes.
Galaxies actives
Incluant les quasars, il existe 6 types de galaxies actives:
Quasars
Blazars
Radiogalaxies
QSO (Objets quasi stellaires)
Seyfert 1
Seyfert 2
Galaxies actives
Quasars, Blazars et radiogalaxies:
Même si ces trois types d’objets
semblent séparés, ils sembleraient
être simplement 3 perspectives
différentes d’un seul type d’objet:
une galaxie elliptique ayant un
trou noir au centre des milliards de
fois plus massif que notre Soleil.
La différence entre eux est la
perspective que l’on a de la Terre,
due à l’orientation de cette galaxie
par rapport à notre point de vue.