Le passé des galaxies

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Comment donc évoluent les galaxies? Nous venons de voir que le moment cinétique et la densité du nuage de gaz initial a certainement une influence sur la forme des galaxies, mais peut-on trouver d'autres facteurs influant sur cette forme? En particulier, une galaxie peut-elle changer de forme, rendant ainsi la séquence de Hubble évolutive ?

Le fait qu'en regardant au loin, nous regardons aussi dans le passé nous permet d'avoir un aperçu de l'évolution des galaxies. Bien sur, nous ne voyons pas les mêmes galaxies à différentes époques, mais nous pouvons avoir un aperçu par type de galaxie.

Les galaxies se sont formées à partir de nuages de gaz présents au tout début de l'univers. Ces nuages se sont agglomérés par la gravitation, puis en leur sein, sont apparues des nuages moléculaires qui permettent la formation des étoiles.
Nous pouvons donc supposer qu'en regardant loin dans le passé des galaxies, nous trouverons plus de régions de formation d'étoiles, donc d'étoiles jeunes et chaudes, donc plus bleues.

Un scénario probable est celui de la formation de galaxies irrégulières naines riches en gaz, qui en se condensant par interaction gravitationnelle vont donner naissance à des galaxies de forme définie, spirale ou elliptique, en fonction de divers facteurs dont le moment cinétique global.

les galaxies distantes sont plus bleues


Des simulations informatiques indiquent également que le nombre de galaxies devait être plus important dans le passé, ainsi que les collisions entre galaxies. En passant à proximité, elles sont en effet attirées par leur gravitation mutuelle, et peuvent se rencontrer.

Mais, contrairement à deux objets solides, comme des voitures, qui se rencontrent, deux galaxies en collision donnent naissance à une nouvelle galaxie.

antennes galactiques
Les deux galaxies se sont frôlées, il en résulte une déformation des bras, c'est à dire une modification des orbites des étoiles qui peut induire des structures telles que ces antennes.
galaxie de la roue du chariot
Ici, il y a eu un choc frontal : non seulement les galaxies sont déformées, mais les disques de gaz des deux galaxies ont disparus.

Galaxie de la Roue du Chariot, à 150 Mpc dans la constellation du Sculpteur.

Source NASA/HST.

Dans une telle collision, les étoiles ne risquent rien parce qu'il y a beaucoup d'espace entre elles. On assiste donc simplement à une déformation des deux galaxies.
Cette déformation conduit en général les galaxies en contact à perdre leur forme initiale. C'est ainsi que des galaxies spirales peuvent se transformer en galaxies elliptiques, l'inverse étant impossible.

Par contre, si la collision est frontale, les disques de gaz vont se heurter, et se retrouvés comprimés, donc chauffés : il va en résulter une flambée de formation d'étoiles, qui, dans un cas extrême, peut mener à la disparition des disques.
Dans l'exemple de la galaxie de la roue du chariot ci-dessus, une des galaxies à droite de l'image a traversé le disque de celle de gauche, éjectant celui-ci à la vitesse de plus de 300.000 km/h. L'onde de choc a favorisé la formation d'étoiles dans l'anneau, expliquant ainsi sa couleur bleue.

Si une des deux galaxies est beaucoup plus grosse que l'autre, il peut arriver qu'elle 'avale' l'autre (on parle de cannibalisme galactique). Ce faisant, elle peut perdre sa forme initiale pour prendre une forme elliptique. C'est ainsi qu'on explique la présence fréquente d'une galaxie elliptique géante au centre des amas galactiques.

 


Nous avons donc une double évolution des galaxies :

0,5 milliard d'années 1 milliard d'années 2 milliards d'années
0-0,5 milliard d'années : distribution de matière régulière, début de regroupement par l'attraction des plus gros éléments. 0,5-1 milliard d'années : début de structuration par la fusion de petits blocs. 1-2 milliards d'années : les divers regroupements atteignent une taille d'une fraction de la Voie Lactée : Hubble est capable de les voir.
4 milliards d'années 13 milliards d'années
2-4 milliards d'années : à la faveur des regroupements et des collisions, apparition d'objets massifs et irréguliers 4-13 milliards d'années : les galaxies ont acquis leur forme définitive, les elliptiques se sont formées les premières.

Evolution schématique des galaxies dans l'univers.
Source Sam Pascarelle (Arizona State University)

 


En regardant loin dans l'univers, donc dans le passé, on doit observer une grande densité de galaxies plus bleues que dans notre proche environnement. C'est effectivement ce que voit Hubble lorsqu'il scrute le ciel profond.

Ciel profond
Cette vue du ciel profond a été prise dans la constellation d'Hercule.
On peut y voir 18 galaxies distantes de 11 milliards d'années-lumière dans un espace de moins de 2 millions d'années-lumière. (ce qui représente 1/100ème du diamètre de la pleine lune).
Chaque galaxie est entre 30 et 50 fois plus petite que notre Voie Lactée.

Source NASA/HST

 


Références :
The Dynamical Evolution of Galaxies in Clusters (J. Dubinski)
Collision-induced galaxy formation (J.E. Devriendt)