GALAXIES SPIRALES: CARACTÉRISTIQUES ET TYPES - ARTE - 2025

Une galaxie spirale est un amas monumental d'étoiles en forme de disque avec des bras en spirale, rappelant la forme d'un moulinet. La forme des bras varie énormément, mais en général un centre condensé entouré d'un disque d'où jaillissent les spirales se distingue nettement.

Près de 60% des galaxies connues aujourd'hui sont des spirales avec les structures caractéristiques suivantes: renflement central ou renflement galactique, disque, bras en spirale et halo.

Figure 1. Galaxie Pinwheel dans la constellation Ursa Major située à 21 millions d'années-lumière de la Terre. Source: Wikimedia Commons. ESA / Hubble.

Ce sont des galaxies d'une beauté extraordinaire qui peuvent être localisées dans des constellations comme Eridano. Tous encodés grâce aux travaux de l'astronome Edwin Hubble (1889-1953).

caractéristiques

Les deux tiers des galaxies spirales ont une barre centrale, constituant un sous-type appelé galaxies spirales barrées, pour les différencier des galaxies spirales simples. Ils n'ont que deux spirales sortant de la barre et s'enroulant dans le même sens. Notre Voie Lactée est un exemple de galaxie spirale barrée, bien que nous ne puissions pas l'observer de notre position.

Le renflement central est de couleur rougeâtre, en raison de la présence d'étoiles plus anciennes. Il y a peu de gaz dans le noyau lui-même et un trou noir se trouve généralement au centre.

Le disque, quant à lui, est bleuâtre et riche en gaz et en poussières, avec la présence d'étoiles jeunes et plus chaudes qui orbitent selon des trajectoires presque circulaires autour du noyau galactique, mais plus lentement que celles du noyau.

Quant aux spirales, elles sont disponibles dans une grande variété, allant de celles qui s'enroulent étroitement autour du renflement central ou des bras disposés plus ouvertement dessus. Ils se distinguent par le grand nombre de jeunes étoiles chaudes et bleues qu'ils contiennent.

Il existe plusieurs théories sur la raison de leur formation, dont nous parlerons plus tard.

Enfin, il y a un halo sphérique qui entoure tout le disque, pauvre en gaz et en poussière, dans lequel les étoiles les plus anciennes sont regroupées en amas stellaires globulaires, d'énormes amas avec des milliers voire des millions d'étoiles qui se déplacent à grande vitesse.

Types de galaxies spirales

Pour classer les galaxies en fonction de leur morphologie (aspect vu de la Terre), on utilise le diapason créé par Edwin Hubble en 1936. Cette classification a ensuite été modifiée par d'autres astronomes en ajoutant des sous-types et des nombres à la notation originale.

Hubble a codé les galaxies de cette façon: E pour les galaxies elliptiques, SO pour les galaxies de forme lenticulaire et S pour les spirales.

Deux autres catégories ont ensuite été ajoutées pour inclure les galaxies spirales barrées SB et les galaxies dont la forme ne suit pas un modèle et sont irrégulières: Irr. Environ 90% de toutes les galaxies observées sont elliptiques ou spirales. Seuls 10% sont dans la catégorie Irr.

Figure 2. Diagramme diapason des galaxies. Source: Wikimedia Commons. Le téléchargeur original était Cosmo0 sur Wikipedia anglais (texte original: aucune donnée).

Hubble croyait que les galaxies commençaient leur vie en tant que structures sphériques de type E0, puis développaient des bras et devenaient des galaxies spirales qui finiraient par être irrégulières.

Cependant, il a été démontré que ce n'est pas le cas. Les galaxies elliptiques ont un mouvement de rotation beaucoup plus lent qui ne les amènera pas à s'aplatir et à générer des spirales.

Sur les bras du diapason Hubble se trouvent les galaxies spirales: S pour les spirales normales et SB pour les spirales barrées. Les lettres minuscules indiquent des sous-types: "a" indique que les bobines sont étroitement fermées autour du noyau, tandis que "c" est utilisé lorsqu'elles sont plus lâches. La proportion de gaz augmente également en conséquence.

La Voie Lactée est de type SBb, avec le Soleil dans l'un des bras en spirale: le bras d'Orion, ainsi appelé car il contient également les étoiles de cette constellation, l'une des plus frappantes vues de la Terre.

Théories sur l'origine des spirales

L'origine des bras en spirale n'est pas encore connue avec certitude, mais plusieurs théories tentent de les expliquer. Pour commencer, les astronomes ont rapidement observé que différentes structures d'une galaxie spirale tournent à des vitesses différentes. Ceci est connu sous le nom de rotation différentielle et est une caractéristique de ces types de galaxies.

L'intérieur du disque des galaxies spirales tourne beaucoup plus vite que l'extérieur, tandis que le halo ne tourne pas. Pour cette raison, on a d'abord cru que c'était la cause de l'apparition des spirales et non seulement cela, c'est aussi la preuve de l'existence de la matière noire.

Cependant, si tel est le cas, les spirales seraient de courte durée (en termes astronomiques bien sûr), car elles finiraient par s'enrouler autour d'elles et disparaître.

Ondes de densité et auto-propagation des étoiles

Une théorie plus acceptée pour expliquer l'existence des spirales est celle des ondes de densité. Cette théorie, créée par l'astronome suédois Bertil Lindblad (1895-1965), postule que la matière subit des variations de concentration, qui, comme le son, peuvent se propager dans l'environnement galactique.

De cette façon, des zones avec plus de concentration sont créées, telles que des spirales, et d'autres avec moins, qui seraient les espaces entre elles. Mais ces zones ont une durée limitée, les bras peuvent donc bouger bien que leur forme persiste dans le temps.

Cela explique pourquoi les spirales sont des régions très actives en termes de production stellaire. Là, le gaz et la poussière sont plus concentrés, donc la gravité intervient pour que la matière s'agglutine formant des protoétoiles, qui donneront naissance à de jeunes étoiles massives.

L'autre théorie qui cherche à expliquer les spirales est celle de l'auto-propagation. Les étoiles bleues massives dans les bras en spirale sont connues pour être de courte durée par rapport aux étoiles plus froides et plus rouges du noyau.

Les premiers finissent généralement leur vie par de gigantesques explosions de supernova, mais le matériau peut être recyclé en nouvelles étoiles au même endroit que les précédents: les bras en spirale.

Cela expliquerait la persistance des armes, mais pas leur origine. Pour cette raison, les astronomes pensent plutôt qu'ils sont dus à une combinaison de facteurs: la même rotation différentielle, l'existence d'ondes de densité, l'auto-propagation des étoiles et les interactions subies avec d'autres galaxies.

Toutes ces circonstances réunies donnent naissance à différents types de bras en spirale: minces et clairement délimités ou épais et mal définis.

Différences avec les galaxies elliptiques

La différence la plus évidente est que les étoiles dans les galaxies elliptiques sont plus uniformément réparties que dans les spirales. Dans ceux-ci, ils apparaissent concentrés dans le disque rougeâtre et dispersés dans les bras spiraux, de couleur bleuâtre, tandis que la distribution dans les galaxies elliptiques est ovale.

Une autre caractéristique distinctive est la présence ou l'absence de gaz interstellaires et de poussières. Dans les galaxies elliptiques, la majeure partie de la matière s'est transformée en étoiles il y a longtemps, elles contiennent donc peu de gaz et de poussière.

De leur côté, les galaxies spirales ont des zones où le gaz et la poussière, qui donnent naissance à de nouvelles étoiles, sont abondants.

La prochaine différence notable est le type d'étoiles. Les astronomes distinguent deux populations stellaires: la population I jeune et la population II, les étoiles plus âgées. Les galaxies elliptiques contiennent des étoiles de la population II et peu d'éléments plus lourds que l'hélium.

En revanche, les galaxies spirales contiennent les populations I et II. Dans le disque et les bras prédomine la population I, plus jeune et à haute métallicité. Cela signifie qu'ils contiennent des éléments lourds, des restes d'étoiles qui ont déjà disparu, tandis que dans le halo se trouvent les étoiles les plus anciennes.

C'est pourquoi les étoiles continuent de se former dans les galaxies spirales, contrairement aux galaxies elliptiques. Et c'est que les galaxies elliptiques sont probablement le résultat de collisions entre galaxies spirales et irrégulières, au cours desquelles la majeure partie de la poussière cosmique disparaît et avec elle la possibilité de créer de nouvelles étoiles.

Ces collisions entre galaxies sont des événements fréquents, en fait on pense que la Voie Lactée est en collision avec de petites galaxies satellites: la galaxie naine elliptique Sagittaire SagDEG et la galaxie naine Canis Major.

Tableau de comparaison

Différences entre les galaxies elliptiques et spirales. Source: Fanny Zapata.

Exemples de galaxies spirales

Les galaxies spirales abondent dans l'univers. Vues de la Terre, ce sont des objets d'une beauté extraordinaire en raison de leurs différentes formes. Par exemple, dans la constellation Eridano, il y a cinq galaxies spirales de types différents, dont trois barrées. L'un d'eux est NGC 1300, illustré ci-dessous.

Figure 3. Galaxie spirale barrée NGC 1300 à Erídano. Kevin Gill de Los Angeles, CA, États-Unis

La voie Lactée

C'est la galaxie qui abrite le système solaire dans l'un de ses bras spiraux. Il contient entre 100 et 400 milliards d'étoiles d'une taille estimée entre 150 et 200 mille années-lumière. Il fait partie du soi-disant groupe local de galaxies, avec Andromède et une cinquantaine d'autres galaxies, presque toutes naines.

Andromède

Aussi connu sous le nom de M31, il est situé dans la constellation d'Andromède, proche de celle de Cassiopée avec sa forme reconnaissable en W. Il peut être vu à l'œil nu ou avec de bonnes jumelles les nuits claires et sans lune.

Bien qu'il apparaisse déjà dans les archives des anciens astronomes arabes, on ne savait pas qu'il s'agissait d'une galaxie jusqu'au début du 20e siècle, grâce aux observations d'Edwin Hubble.

Figure 4. La galaxie d'Andromède. Source: Pixabay.

Elle se trouve à environ 2,5 millions d'années-lumière et a à peu près la taille de la Voie lactée, même si on pense qu'elle est légèrement plus massive. Cependant, des estimations récentes indiquent que sa masse est comparable à celle de notre propre galaxie.

Andromède s'approche de nous à grande vitesse, on s'attend donc à ce que dans environ 4,5 milliards d'années, il entre en collision avec la Voie lactée, donnant naissance à une gigantesque galaxie elliptique.

Galaxie Whirlpool

Il figure dans le catalogue de Messier comme objet M51 et a été découvert par Charles Messier lui-même en 1773. Il se trouve dans la constellation des Canes Venatici dans le ciel boréal, près de Bootes et Leo, d'où il peut être vu avec des jumelles.

Cet objet astronomique majestueux a la forme typique d'une galaxie spirale et se trouve à une distance estimée entre 16 et 27 millions d'années-lumière. Il possède une galaxie compagnon clairement visible sur les images télescopes: la galaxie NGC 5195.

Figure 5. Whirlpool Galaxy et sa galaxie satellite. Source: Wikimedia Commons. NASA, ESA, S.Beckwith (STScI) et l'équipe Hubble Heritage (STScI / AURA)

Références

1. Carroll, B. Une introduction à l'astrophysique moderne. 2ème. Édition. Pearson.
2. Heras, A. Introduction Astronomie et astrophysique. Récupéré de: antonioheras.com.
3. Oster, L. 1984. Astronomie moderne. Éditorial Reverté.
4. Wikipédia. Formation et évolution des galaxies. Récupéré de: es.wikipedia.org.
5. Wikipédia. Galaxies spirales. Récupéré de: en.wikipedia.org.