Galaxies

La classification des formes des galaxies dans un système visuel bien défini est une étape cruciale dans l’étude des galaxies en tant qu’objets physiques. Le système complet de Hubble-Sandage révisé par de Vaucouleurs (CVRHS) est actuellement l’approche la plus détaillée qui puisse être appliquée efficacement à plus de 95 % de toutes les galaxies. Ce texte décrit les différents types de galaxies et les facteurs qui peuvent déterminer leurs diverses caractéristiques morphologiques.

Notre Galaxie, la Voie lactée, est une galaxie spirale barrée de type SBbc, de masse visible (étoiles et gaz) de 60 milliards de masses solaires, entourée d’un halo de matière noire 20 fois plus massif. Elle est composée d’un disque mince et jeune, qui forme des étoiles à un taux de 2 masses solaires par an, et d’un disque épais, dont l’âge des étoiles remonte à 8 milliards d’années et plus. Les bras spiraux sont des ondes de densité qui se développent plus particulièrement dans le disque mince. Celui-ci contient le gaz atomique de distribution très étendue, et le gaz moléculaire plus concentré, dont les nuages sont les sites de formation d’étoiles. L’évolution séculaire de la barre d’étoiles conduit à la formation d’un bulbe central, en forme de cacahuète ou de boîte, selon l’orientation. L’observation détaillée des étoiles du voisinage solaire, leur cinématique, leur métallicité, permet de remonter à l’histoire de la formation de notre Galaxie. Ce texte décrit les progrès récents apportés par le satellite GAIA.

Les galaxies de type précoce ou ETG pour Early-Type Galaxies regroupent les galaxies elliptiques (E) et lenticulaires (S0). Elles représentent 33 % de la lumière émise par les différentes galaxies mais environ 50 % de la masse d’étoiles. Elles sont composées en général de vieilles étoiles, d’âge 8 milliards d’années ou plus, qui possèdent très peu de rotation. Leur équilibre gravitationnel est dû en grande partie à une dispersion anisotrope de vitesses. Elles ne contiennent que très peu de gaz, et les plus massives se sont formées par la fusion de plusieurs galaxies spirales. Cette étude montre comment la proportion entre disque et sphéroïde varie le long d’une séquence, en fonction du degré de rotation, de l’âge, de la métallicité, de la masse et de la concentration.

Notre vision des galaxies a beaucoup changé depuis l’ère des grands relevés de galaxies, tels que le Sloan, qui nous apportent une grande statistique avec des millions de galaxies. La classification de la séquence de Hubble est toujours très utilisée, mais elle s’est enrichie de grandes catégories basées sur les couleurs, qui tracent la formation récente d’étoiles : la séquence rouge des galaxies inactives, composées uniquement d’étoiles vieilles, et le nuage bleu des galaxies actives en formation d’étoiles. Une des questions importantes à résoudre dans l’évolution des galaxies, traitée dans cette étude, est de comprendre comment une galaxie peut soudain passer d’une catégorie à l’autre, et en particulier des galaxies spirales bleues, aux galaxies de type précoce rouges.

Ce chapitre passe en revue notre compréhension des fusions et des interactions entre galaxies et souligne à quel point ces deux processus sont importants pour la formation et l’évolution des galaxies ainsi que pour le déclenchement de la formation des étoiles et la constitution des trous noirs au centre des galaxies. Des observations sont décrites qui montrent que la fraction et le taux de fusion augmentent fortement jusqu’à z = 6, soit plus de 13 milliards d’années de temps cosmique. Le texte quantifie la corrélation des fusions et des interactions de galaxies avec le déclenchement de la formation des étoiles et de l’activité des noyaux.

Quelques années à peine après la découverte de l’existence des galaxies, nous avons compris en étudiant leur dynamique que l’Univers avait une histoire, celle qui a succédé au Big Bang et à l’expansion de l’Univers. Malgré cela, il a fallu de nombreuses années pour réaliser que les galaxies évoluaient en permanence, tant au niveau de leur forme que de leurs couleurs ou de leur activité de formation d’étoiles ou de la croissance de leur trou noir galactique. Il faudra attendre le milieu des années 1990 pour que l’on réalise que la formation des galaxies était un processus véritablement continu, après l’échec cuisant de la quête des galaxies primordiales entreprise dans les années 1980-1990. L’histoire de l’évolution cosmique des galaxies suit de près les progrès réalisés dans les techniques d’observation de l’univers, avec l’arrivée des télescopes de la classe des 8-10 mètres, le télescope spatial Hubble et l’approche multi-longueurs d’ondes révélant à chaque fréquence du spectre électromagnétique une facette différente des galaxies.