Clefs n°58 Automne 2009
Clefs n°58 Automne 2009
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°58 de Automne 2009

  • Périodicité : annuel

  • Editeur : CEA

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 168

  • Taille du fichier PDF : 7,3 Mo

  • Dans ce numéro : dans les secrets de l'Univers.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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60 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 Figure 4. Image profonde du ciel réalisée avec la caméra ACS du satellite spatial Hubble, dans l’hémisphère Sud (région appelée GOODS pour Great Observatories Origins Deep Surveys). Couvrant une « surface » apparente équivalente au dixième de celle de la Lune (ou du Soleil), l’image révèle toute une palette de formes galactiques. La morphogenèse des galaxies Les galaxies de l’Univers actuel se répar - tissent en deux principaux types morphologiques. Les galaxies spirales sont des disques d’étoiles et de gaz interstellaire en rotation autour d’un petit bulbe central. La gravité dessine peu à peu les bras spiraux. À l’opposé, les galaxies elliptiques n’ont pas de disque en rotation. Elles prennent la forme de sphéroïdes, dans lesquels les mouvements désordonnés des étoiles s’opposent à la gravité et empêchent la formation de structures internes. Ces deux types de galaxies résultent de deux processus de formation différents. Pour appréhender ces mécanismes, les astronomes captent la lumière des galaxies lointaines, donc anciennes, à l’aide de déclinaison (J2000) 46’57,0 » 58,0 » 59,0 » grands instruments au sol et dans l’espace, notamment le VLT (Very Large Telescope) au Chili et le télescope spatial Hubble. Ils ont ainsi constaté que la morphologie des galaxies a fortement évolué au cours de leur formation. Lorsqu’elles étaient deux ou trois fois plus jeunes qu’aujourd’hui, les galaxies spirales avaient des formes beaucoup plus irrégulières. Elles comportaient certes un disque en rotation, mais beaucoup moins homogène et sans bulbe central. Souvent même, le disque apparaît fragmenté en quelques grandes condensations de gaz et d’étoiles. Ces « protospirales » – galaxies primordiales qui deviendront des spirales – sont de larges disques en rotation ayant accrété de -27°47’00,0 » -27°47’00,0 » 01,0 » 02,0 » 43,9 s 43,8 s 43,6 s 43,5 s 3 h 32 min 43,7 s ascension droite (J2000) grandes quantités de plus petites galaxies et de gaz intergalactique. Leur masse est telle qu’elles sont devenues gravitationnellement instables, les forces de gravité dépassant les forces de pression et d’inertie. Cette instabilité entraîne une fragmentation. Chaque fragment contient du gaz très dense formant des étoiles à un taux très élevé : plusieurs dizaines de masses solaires par an. Par la suite, les parties internes de ces fragments migrent vers le centre de la galaxie et y forment un petit bulbe sphérique. Le reste de la matière est redistribué dans un disque, maintenant stable gravitationnellement, et qui prend progressivement la forme spirale observée aujourd’hui (figure 1). 46’57,0 » +90 58,0 » +60 +30 59,0 » 0 -30 -60 01,0 » vitesse (km/s) résolution 02,0 » 43,9 s 43,8 s 3 h 32 min 43,7 s 43,6 s 43,5 s ascension droite (J2000) Figure 1. Une galaxie de l’Univers jeune (UDF 6462, z = 1,57) observée par le télescope spatial Hubble (à gauche). La spectroscopie au Very Large Telescope (ESO) révèle son champ de vitesse (à droite). Les régions s’approchant de nous sont en bleu et celles s’éloignant en jaune-orange. Malgré sa forme très irrégulière, cette galaxie est une future galaxie spirale surprise en pleine phase d’assemblage de son disque et de son bulbe central. déclinaison (J2000) F. Bournaud/CEA/NASA/ESO NASA, ESA, and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
le fait que toutes les galaxies actuelles ont vécu dans le passé une phase où elles généraient des étoiles à un rythme très important. Ces deux constats peuvent paraître contradictoires puisque les LIRGs sont le siège de flambées de formation d’étoiles, alors qu’en moyenne l’Univers semble produire ses étoiles de manière continue, sans soubresauts. Pour comprendre ce qui a pu se passer, il faut changer de lunettes et retourner à l’image visible du ciel afin d’étudier l’évolution morphologique des galaxies (voir La morphogenèse des galaxies, p.60). Des images profondes du télescope spatial Hubble ont permis non seulement de détecter des galaxies lointaines, mais aussi d’en étudier la forme et la morphologie sur de longues périodes (figure 4). Tandis que les LIRGs de l’Univers proche présentent toutes une morphologie très « chahutée », indice de fusion galactique, les LIRGs distantes ressemblent plus à la Voie lactée : ce sont de belles galaxies spirales bien contrastées. Les astrophysiciens ont découvert très récemment que le rôle des fusions de galaxies au cours de l’histoire de l’Univers n’a pas été aussi important qu’ils l’ont Des chocs féconds Une galaxie spirale se forme donc essentiellement par l’évolution interne : instabilité et fragmentation d’un disque pri mor dial riche en gaz. À l’inverse, une galaxie elliptique n’acquiert pas sa forme par la seule évolution interne d’un système. Il faut un processus plus violent pour détruire l’organisation des disques en rotation, et les transformer en sphéroïdes. Il s’agit des collisions et fusions de galaxies. Lorsque deux galaxies de masses voisines, généra - lement spirales, entrent en collision, elles expulsent une partie de leur masse sous l’effet des forces de marée mais l’essentiel de leur matière fusionne en une seule galaxie. Ce processus est appelé « relaxation violente » car les forces gravitationnelles varient très rapidement (par rapport à la période orbitale de chaque étoile). Il en résulte une désorganisation à la fois de la morphologie (disque) et de la cinématique, si bien que la galaxie résultante acquiert spontanément les propriétés d’une elliptique. Des simulations numériques ont démontré que la fusion de deux galaxies Figure 2. Simulation numérique d’une collision de deux galaxies spirales. Les deux galaxies fusionnent, leurs disques sont détruits, et il en résulte une galaxie de type elliptique. ESO d’abord cru. Si les galaxies aux flambées de formation d’étoiles les plus extrêmes résultent probablement d’épisodes de fusion, la majorité de l’activité des galaxies n’est pas profondément sensible à ces phénomènes. Un autre mécanisme, encore indéterminé, semble jouer le rôle de premier plan. Deux candidats sont actuellement considérés. Lar gement négligés dans le passé, ils pourraient bien se révéler des acteurs majeurs de l’histoire cosmologique des galaxies, tant pour allumer la formation d’étoiles que pour provoquer son extinction. Il s’agit de l’accrétion de gaz intergalactique sous la forme de fila ments et de la formation des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Il faudra attendre les pro chai nes générations d’instruments pour en savoir plus. > David Elbaz Service d'astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) Une galaxie elliptique (NGC 1316). crée bien un objet totalement comparable aux véritables galaxies elliptiques (figure 2). Les propriétés de l’Univers à grande échelle F. Bournaud/CEA/CCRT ESO Une galaxie spirale (NGC 6118). et de la matière noire contrôlent la fré - quence de chaque processus, et notamment le taux de collisions entre galaxies. Expliquer les proportions de galaxies spirales et elliptiques dans notre Univers actuel reste donc un des grands défis pour les modèles cosmologiques de formation des structures. > Frédéric Bournaud Service d'astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 61



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