26 : Galaxies

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Dans le dernier chapitre, nous avons exploré notre propre galaxie. Mais est-ce le seul ? S'il y en a d'autres, ressemblent-ils à la Voie lactée ? À quelle distance sont-ils ? Pouvons-nous les voir ? Comme nous l'apprendrons, certaines galaxies s'avèrent si éloignées qu'il a fallu des milliards d'années pour que leur lumière nous atteigne. Ces galaxies éloignées peuvent nous dire à quoi ressemblait l'univers lorsqu'il était jeune.

Dans ce chapitre, nous commençons notre exploration du vaste domaine des galaxies. Comme les touristes d'une petite ville qui visitent pour la première fois les grandes villes du monde, nous serons émerveillés par la beauté et la variété des galaxies. Pourtant, nous reconnaîtrons qu'une grande partie de ce que nous voyons n'est pas si différente de nos expériences à la maison, et nous serons impressionnés par tout ce que nous pouvons apprendre en examinant des structures construites il y a longtemps.

Nous commençons notre voyage par un guide sur les propriétés des galaxies, tout comme un touriste commence par un guide des principales caractéristiques des villes de l'itinéraire. Dans les chapitres suivants, nous examinerons plus attentivement l'histoire passée des galaxies, leur évolution au fil du temps et la façon dont elles ont acquis leurs nombreuses formes différentes. Tout d'abord, nous allons commencer notre voyage à travers les galaxies par la question suivante : est-ce que notre galaxie est la seule ?

26.1 : La découverte des galaxies
De faibles amas d'étoiles, des nuages de gaz incandescents et des galaxies apparaissaient tous sous forme de faibles plaques de lumière (ou nébuleuses) dans les télescopes disponibles au début du XXe siècle. Ce n'est que lorsque Hubble a mesuré la distance jusqu'à la galaxie d'Andromède à l'aide de variables céphéides à l'aide du réflecteur géant de 2,5 mètres sur le mont Wilson en 1924 que l'existence d'autres galaxies similaires à la Voie lactée en termes de taille et de contenu a été établie.
26.2 : Types de galaxies
La plupart des galaxies brillantes sont des spirales ou des elliptiques. Les galaxies spirales contiennent à la fois des étoiles anciennes et jeunes, ainsi que de la matière interstellaire, et ont des masses typiques comprises entre 109 et 1012 mSun. Notre propre galaxie est une grande spirale. Les elliptiques sont des systèmes sphéroïdaux ou légèrement allongés composés presque entièrement de vieilles étoiles, contenant très peu de matière interstellaire. La taille des galaxies elliptiques varie des géantes, plus massives que n'importe quelle spirale, aux naines, dont les masses ne dépassent pas 106 mSun.
26.3 : Propriétés des galaxies
Les masses des galaxies spirales sont déterminées à partir de mesures de leur vitesse de rotation. Les masses des galaxies elliptiques sont estimées à partir d'analyses des mouvements des étoiles qui s'y trouvent. Les galaxies peuvent être caractérisées par leur rapport masse/lumière. Les parties lumineuses des galaxies à formation d'étoiles actives ont généralement un rapport masse/lumière compris entre 1 et 10 ; les parties lumineuses des galaxies elliptiques ont généralement un rapport masse/lumière compris entre 10 et 20.
26.4 : L'échelle de distance extragalactique
Les astronomes déterminent les distances par rapport aux galaxies à l'aide de diverses méthodes, notamment la relation période-luminosité pour les variables céphéides ; des objets tels que les supernovae de type Ia, qui semblent être des ampoules standard ; et la relation Tully-Fisher, qui relie l'élargissement de la ligne du rayonnement de 21 cm à la luminosité des galaxies spirales. Chaque méthode a ses limites en termes de précision, de types de galaxies avec lesquels elle peut être utilisée et de la plage de distances sur laquelle elle peut être appliquée.
26.5 : L'univers en expansion
L'univers est en pleine expansion. Les observations montrent que les raies spectrales des galaxies lointaines sont décalées vers le rouge et que leur vitesse de récession est proportionnelle à leur distance par rapport à nous, une relation connue sous le nom de loi de Hubble. Le taux de récession, appelé constante de Hubble, est d'environ 22 kilomètres par seconde et par million d'années-lumière. Nous ne sommes pas au centre de cette expansion : un observateur de n'importe quelle autre galaxie verrait le même schéma d'expansion que nous. L'extension décrite par Hub
26.E : Galaxies (exercices)

Miniature : Spiral Galaxy. NGC 6946 est une galaxie spirale également connue sous le nom de « galaxie des feux d'artifice ». Il se trouve à une distance d'environ 18 millions d'années-lumière, en direction des constellations de Céphée et de Cygne. Il a été découvert par William Herschel en 1798. Cette galaxie fait environ un tiers de la taille de la Voie lactée. Remarquez sur la gauche comment les couleurs de la galaxie passent de la lumière jaunâtre des vieilles étoiles au centre à la couleur bleue des jeunes étoiles chaudes et à la lueur rougeâtre des nuages d'hydrogène dans les bras spiraux. Comme le montre l'image, cette galaxie est riche en poussière et en gaz et de nouvelles étoiles y naissent encore. Sur l'image de droite, les rayons X provenant de cette galaxie sont représentés en violet, qui a été ajouté à d'autres couleurs montrant la lumière visible. (Crédit gauche : modification des travaux par la NASA, l'ESA, le STSci, R. Gendler et le télescope Subaru (NAOJ) ; crédit à droite : modification des travaux par rayons X : NASA/CXC/MSSL/R.Soria et al, optique : Aura/Gemini OBs)