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L'interaction entre galaxies

Dossier - Voie lactée : les mystères d'une galaxie spirale
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La Voie lactée, magnifique chemin d’étoiles dans le ciel nocturne, conserve encore bien des secrets. Matière et énergie noires, trou noir supermassif sont autant de sujets fascinants permettant de mieux comprendre notre galaxie.

  
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Les galaxies sont des êtres sociaux, se trouvant la plupart du temps en groupes. Les interactions sont alors fréquentes, et il n'est pas rare que deux galaxies fusionnent pour en former une plus grosse. Ce sont les forces gravitationnelles qui dominent dans les interactions entre galaxies, et notamment les dérivées de ces forces, qui sont les forces de marée.

ARP 273 sont deux galaxies en interaction (UGC 1813, la plus petite, et UGC 1810, la plus grande). © Nasa, ESA, and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), DP

Les forces produisent un étirement symétrique de chaque côté d'un disque galactique, qui, par rotation différentielle, s'enroule ensuite en forme de spirale. De tels exemples sont représentés dans les photos ci-après.

Deux paires de galaxies en interaction. À gauche, ARP 273. À droite, de la matière est échangée entre les deux galaxies : du gaz et de la poussière sont capturés par la plus petite d’entre elles, dans une direction perpendiculaire à son disque. Photos du télescope spatial Hubble. © Nasa, ESA

Une grande variété de morphologies perturbées est créée dans les interactions, selon le rapport de masse des galaxies, leur paramètre d'impact, la géométrie relative de la rencontre, et la vitesse. Une panoplie en est représentée plus loin. Lorsque les galaxies renferment du gaz avant l'interaction, il est comprimé et forme des flambées de nouvelles étoiles, ce qui donne une couleur bleue, avec des grumeaux dus aux nébuleuses.

Panoplie de galaxies en interaction, montrant la grande variété des impacts possibles en termes de géométrie, vitesse relative, rapport de masse des ensembles en collision. Photos du télescope spatial Hubble. © Nasa, ESA

Fusion : coalescence des galaxies

Créer de telles déformations et étirer les bras de marée, cela demande beaucoup d'énergie, laquelle est prise sur l'énergie potentielle et cinétique contenue dans le mouvement relatif des deux galaxies. Celles-ci sont freinées dans leurs orbites, et tombent l'une sur l'autre en « spiralant ».

Après deux ou trois révolutions, les galaxies coalescent, et forment un résidu d'étoiles, qui relaxe en une forme sphéroïdale plus ou moins aplatie. C'est ainsi que se forment généralement les galaxies elliptiques. Si la fusion est récente, les queues de marée, ainsi que des débris sous forme de boucles, rides, ou volutes, sont encore visibles pendant un ou deux milliards d'années.

L’amas de galaxies Abell 1689, photographié par le télescope spatial Hubble. Ces zones très denses de galaxies sont très rares dans le ciel. En regardant l’image de près, on peut distinguer de petits arcs qui semblent entourer la galaxie massive centrale. Ces arcs sont des galaxies d’arrière-plan, déformées par l’amas qui joue le rôle de lentille gravitationnelle. © Nasa, ESA

Dans certaines régions du ciel à très haute densité, les galaxies sont si nombreuses qu'elles se rassemblent en amas denses. Un exemple est donné dans la photo plus haut avec l'amas Abell 1689. Les fusions ont été nombreuses, et les galaxies elliptiques dominent, contrairement à ce qui se passe dans le reste de l'univers.