La question est très intéressante et très pertinente pour les études que nous faisons. Comprendre pourquoi les galaxies ont la forme qu’elles ont et comment leur structure est liée à leur formation et à leur évolution est un élément fondamental de ma recherche. Il est important que vous sachiez que le fait que notre galaxie soit en spirale n’est pas une rareté, il y en a beaucoup qui ont une forme très similaire. En fait, la plupart des galaxies sont des spirales. Des propriétés telles que sa masse, son environnement ou l’âge de l’univers déterminent si ce nombre est supérieur ou inférieur. Nous classons les galaxies en deux types : elliptiques et spirales. Lorsque l’univers était plus jeune, la fraction de galaxies spirales était beaucoup plus élevée que maintenant que l’univers est plus ancien, car les galaxies deviennent elliptiques par des processus internes que nous appelons séculaires. De plus, en général, plus les galaxies sont petites, plus elles sont susceptibles d’être spirales plutôt qu’elliptiques.
Pour comprendre pourquoi ils ont cette forme, il faut savoir qu’une galaxie est composée d’étoiles, de nuages de gaz et de poussière, et de matière noire. On peut considérer cette composition comme un fluide, c’est-à-dire que les galaxies se comportent comme un fluide. Si nous avons des particules avec une vitesse de rotation initiale et un puits de potentiel gravitationnel, la physique des fluides provoque la génération d’un disque en rotation de la même manière que lorsque nous ouvrons un robinet, l’eau tombe dans le drain en faisant des cercles ou lorsque nous retirons la mousse de une tasse de café forme souvent des structures en spirale). L’action de la gravité et la conservation du moment angulaire font que toute la matière s’aplatit et un disque très fini se forme qui préserve cette rotation. Lorsque les galaxies évoluent et deviennent plus grandes, cette vitesse de rotation est perdue à cause des mouvements de friction. Ensuite, les vitesses aléatoires commencent à dominer et les galaxies deviennent plus elliptiques, ce mouvement ordonné est déformé. Les collisions entre galaxies, relativement fréquentes, détruisent également la forme spirale des galaxies. Les galaxies elliptiques sont généralement anciennes et ont déjà cessé de former des étoiles, et les galaxies spirales contiennent généralement encore de nombreuses étoiles jeunes et continuent même à former de nouvelles étoiles, comme dans la Voie lactée.
Plus les galaxies sont petites, plus elles sont susceptibles d’être spirales plutôt qu’elliptiques.
Une galaxie spirale est très aplatie, avec une dimension privilégiée qui est celle du disque, où sont contenues la plupart des étoiles. Dans ce disque, il peut y avoir ou non des bras en spirale. Les bras spiraux sont des zones dans lesquelles la densité d’étoiles est plus grande et qui fonctionnent comme des ondes de perturbation, les étoiles qui viennent de derrière se heurtent et s’accumulent et cela rend les bras spiraux de plus en plus gros (c’est précisément dans les bras que se forment le plus d’étoiles) . Les galaxies spirales peuvent avoir un renflement au centre, qui est de forme plus sphérique et contient presque toujours une population stellaire plus âgée ; Ils peuvent également avoir une barre, c’est-à-dire lorsque les bras spiraux n’atteignent pas tout à fait le centre de la galaxie, mais il y a une structure entre eux et le centre en forme précise de barre. Il existe de nombreuses études sur les raisons de l’apparition des barres et leurs implications sur l’évolution des galaxies, mais il s’agit toujours d’un front de recherche ouvert.
De plus, les galaxies spirales ont un halo qui ressemble à une sphère dans laquelle se trouvent des étoiles largement dispersées avec des vitesses plus aléatoires que le reste de la galaxie dans le disque. Et puis il y a bien sûr la composante matière noire. Toutes les galaxies se forment dans des halos de matière noire, ce que nous n’avons pas pu observer, bien que nous ayons pu le détecter. La façon dont la matière noire a été détectée est due au fait que la vitesse de rotation que nous voyons dans la partie la plus externe des galaxies est supérieure à ce qu’elle serait si la matière noire n’existait pas. Ce fait a été découvert par une astrophysicienne américaine nommée Vera Rubin.
La Voie lactée a un renflement, un halo et de la matière noire et il est très possible qu’elle ait une barre bien que nous n’en soyons pas totalement sûrs. Et il a cinq bras en spirale, dans l’un desquels, tout à fait à l’extérieur, se trouve notre système solaire.
Hélène Dominguez Sanchez est docteur en astrophysique et chercheur à l’Institut des sciences spatiales (ICE-CSIC, Barcelone).
Question envoyée par e-mail par Noé Martinez García
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