Des galaxies spirales ...

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Commençons notre visite des galaxies actuelles par les galaxies spirales.

Celles-ci sont constituées d'un bulbe central et d'un disque de poussières dans lequel on trouve souvent des bras. Elles sont classées en fonction de la forme de ce bulbe central et du développement des bras.
Si le bulbe est important et les bras très peu développés, on aura affaire à une galaxie de type Sa ; au contraire, si les bras sont démesurés par rapport au bulbe, on la nommera Sc.

M104, galaxie Sa

M104, la galaxie du Sombrero, de type Sa, située à 30 Millions d'années lumière, dans la constellation de la Vierge.
On remarquera l'importance du halo autour de la galaxie, qui ressort d'autant plus que la galaxie est vue par la tranche, et le disque de poussière qui apparaît en sombre sur la photo.
Source ESO / VLT

M66, spirale Sb ESO 269-57, spirale Sc
Messier 66, une galaxie Sb dans le Lion.
Source : ING Archive and Nik Szymanek
ESO 269-57 , une galaxie Sc dans la constellation du Centaure, à 150 millions d'années-lumière.
Source ESO / VLT

 

NGC 4526, type S0
Certaines galaxies spirales ne présentent pas de bras dans leur disque : on les nomme lenticulaires, de type S0
Ci-contre, NGC4526, une galaxie située à 26 Mal dans la constellation de la Vierge.

Notez la supernova de type Ia SN1994D en bas à gauche de la galaxie.

Image : Digital Sky Survey

 


Les galaxies spirales sont en général très lumineuses et contiennent des centaines de milliards d'étoiles. La grande densité de gaz et de poussière dans le disque entraîne une formation continue de nouvelles étoiles, et par là même la présence de nombreuses étoiles jeunes et chaudes. Cette formation, révélée par l'émission intense d'ultra-violets, a lieu le long des bras spiraux.

Image composite de M74
Image composite de M74, galaxie Sc d'une taille équivalente à la Voie Lactée, dans la constellation des Poissons.
En rouge et jaune, l'image de la galaxie dans le spectre visible, et en bleu et blanc dans l'ultra-violet, caractéristique d'étoiles jeunes en formation le long des bras spiraux.
Source NASA/UIT.

 


structure d'une galaxie spirale
Structure d'une galaxie spirale : outre le disque de gaz et de poussière, on notera la présence d'un vaste halo qui entoure celui-ci, où sont situés les amas globulaires, sortes de galaxies elliptiques miniatures.
Comparez cette structure théorique à l'image de M104

 


Ces galaxies présentent un mouvement global de rotation, mais il n'est comparable ni à celui d'un corps solide, ni à un système planétaire à masse centrale.

Répartition des vitesses dans une galaxie spirale
Répartition comparée des vitesses d'un corps solide, d'un système planétaire et d'une galaxie spirale en fonction de la distance au centre de rotation.

La courbe des vitesses dans un bras de galaxie implique la présence de masses importantes à l'extérieur du bulbe de celle-ci, réparties dans le halo galactique.
Typiquement, la vitesse à l'extémité d'un bras spiral est de l'ordre de quelques centaines de km/s.

 

Les bras n'étant pas animés du mouvement de rotation d'un corps solide, on en conclut que les étoiles ne sont pas liées entre elles à l'intérieur d'un bras : elles ne font que traverser celui-ci par le phénomène des ondes de densité.

 

Le phénomène des ondes de densité est analogue à celui qui forme des bouchons est analogue à celui qui forme des bouchons sur la route quand un véhicule freine brutalement dans le flot de circulation et ré-accélère.

De la même manière que les véhicules rentrent et sortent du bouchon, les étoiles ne font que passer dans les bras spiraux.

les ondes de densité

Ces ondes de densité, en s'enroulant dans le sens "trainant" par rapport à la rotation de la galaxie, permettent d'évacuer cette rotation vers l'extérieur, compacifiant ainsi la galaxie, et minimisant son énergie de rotation.

 


On peut parfois observer une barre entre les bras du disque. Les galaxies barrées semblaient être des curiosités autrefois. Suite aux dernières mesures dans l'infra rouge, on estime que 3/4 des galaxies spirales sont barrées.

NGC1365, spirale barrée SBb M83, spirale barrée SBc
M83, de type SBc dans l'Hydre

Source : Anglo-Australian Observatory

NGC1365, une galaxie SBb dans le Fourneau.
Située à 60 millions d'années-lumière, c'est une galaxie géante de 200.000 années-lumière de diamètre,
c'est-à-dire 2 fois plus que notre Voie Lactée.

Source : ESO

 

La barre d'une galaxie est un mécanisme qui permet des transferts de masse vers le bulbe, assimilable à une onde stationnaire. Ces transferts ont pour but, comme les ondes de densité, de minimiser l'énergie de rotation de la galaxie.
Ce mécanisme de transfert est de plus auto-régulé : des phénomènes de résonance finissent en effet par limiter l'arrivée de gaz sur le bulbe central, et amener la barre à diminuer d'importance, voire à disparaitre.
De la même manière, on peut trouver dans une galaxie, deux barres emboitées l'une dans l'autre, ce qui accélère encore les transferts.

Au cours de sa vie, une galaxie spirale peut ainsi voir passer plusieurs épisodes barres/spirales.

 


Deux caractéristiques principales :

 


Références :
Gas accretion on spiral galaxies: bar formation and renewal (F. Bournaud, F. Combes )