Les galaxies forment une même horloge cosmique. Ici, la galaxie du Moulinet vue par le télescope Hubble. © NASA, ESA, K. Kuntz (JHU), F. Bresolin (University of Hawaii), J. Trauger (Jet Propulsion Lab), J. Mould (NOAO), Y.-H. Chu (University of Illinois, Urbana) and STScI; CFHT Image: Canada-France-Hawaii Telescope/J.-C. Cuillandre/Coelum; NOAO Image: G. Jacoby, B. Bohannan, M. Hanna/NOAO/AURA/NSF

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Les galaxies forment une même horloge cosmique

ActualitéClassé sous :Astronomie , Galaxie , cosmologie

Une équipe internationale d'astrophysiciens a mesuré la vitesse de rotation des bords des galaxies. Elle a trouvé que les étoiles y tournaient toutes avec la même vitesse angulaire. Quels que soient la taille et le type de ces galaxies, celles-ci se comportent comme une même horloge cosmique.

Il a fallu attendre le début des années 1920, avec les observations faites par Edwin Hubble à l'aide du fameux télescope Hooker (dont le miroir a été fourni par l'entreprise française Saint-Gobain), de l'observatoire du mont Wilson, en Californie, pour que l'Homme découvre vraiment la nature des galaxies. Avant Hubble, il n'était pas encore clair que les nébuleuses observables avec des télescopes (comme M31, M33 ou M87) étaient bel et bien les univers-îles de Kant et que, puisqu'il s'agissait de galaxies, elles ne faisaient donc pas partie de la Voie lactée.

L'étude s'est poursuivie depuis Hubble et nous savons maintenant que ces galaxies contiennent toutes, ou presque, un trou noir géant en leur centre et qu'elles semblent baigner dans des halos de matière noire dans le cadre du modèle cosmologique standard. Nous disposons de théories qui expliquent les structures en spirales de certaines galaxies. Nous conduisons même des simulations numériques montrant comment ces galaxies ont pu naître depuis le Big Bang et comment elles interagissent entre elles, ainsi qu'avec le gaz intergalactique, selon des processus d'accrétion.

Il nous reste cependant beaucoup de choses à apprendre à leur propos. Nous ne sommes pas certains, par exemple, qu'il ne soit pas nécessaire de modifier les lois de Newton de la gravitation dans le cadre de Mond plutôt que d'introduire des particules de matière noire encore jamais observées sur Terre pour rendre compte des vitesses des étoiles dans les galaxies, comme le suggèrent notamment des observations de galaxies naines en orbite autour des grandes galaxies spirales comme celle d'Andromède.

Le royaume des galaxies vu par le télescope Hubble. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais apparaissent alors. Cliquez ensuite sur la roue dentée à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Hubble Space Telescope

Une horloge cosmique qui fait un tour de cadran par milliard d'années

Les astrophysiciens multiplient donc les observations à la recherche de nouvelles propriétés des galaxies afin de contraindre les modèles cosmogoniques qui expliquent l'origine et l'évolution de celles-ci. Une équipe internationale de chercheurs vient ainsi de publier dans le célèbre journal The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) les résultats d'une étude concernant les relations entre les vitesses de rotation des galaxies et la taille de celles-ci. L'étude s'est appuyée sur plusieurs campagnes d'observation d'échantillons de galaxies, dans le visible et l'ultraviolet, comme le Survey for Ionization in Neutral-Gas Galaxies (SINGG), mais aussi avec la fameuse raie à 21 cm de l'hydrogène, observée dans ces galaxies avec le radiotélescope de Parkes, en Australie, dans le cadre du HI Parkes All Sky Survey (Hipass).

Les astrophysiciens annoncent un résultat qui peut paraître étonnant mais qui semble bien prendre place dans le cadre du modèle cosmologique standard avec de la matière noire froide et de l'énergie noire sans encombre à ce stade.

Quel que soit leur type (galaxies spirale, elliptique, etc.) ou leur taille, il existerait une relation approximativement linéaire entre le rayon des galaxies et les vitesses de rotation des étoiles sur leur bord externe. Ainsi, elles tourneraient toutes avec la même vitesse angulaire, qui est de l'ordre du milliard d'années pour chaque tour. Les galaxies seraient donc, en quelque sorte, des horloges synchrones à l'échelle du cosmos observable.

  • Toutes les galaxies semblent obéir à une relation approximativement linéaire entre leur rayon et la vitesse de rotation des étoiles sur leur bord externe. Ainsi, elles tourneraient toutes avec la même vitesse angulaire, de l’ordre d'un tour par milliard d’années.
  • Les galaxies seraient donc, en quelque sorte, des horloges synchrones à l’échelle du cosmos observable.
  • Ce résultat étonnant semble, pour le moment, bien prendre place dans le cadre du modèle cosmologique standard.
Pour en savoir plus

Notre galaxie tourne plus régulièrement que prévu

Article de Jean Etienne publié le 23/09/2008

Exit les explications compliquées, la rotation de notre propre galaxie est plus simple qu'il n'y paraît selon une étude des Céphéides qu'elle contient, à paraître sous peu dans Astronomy & Astrophysics.

Minutieusement étudiées par Henrietta Leavitt, qui a proposé d'en faire des chandelles standard dès 1912, les Céphéides sont des étoiles variables dont l'éclat varie très régulièrement. On sait aujourd'hui que ces pulsations sont causées par l'instabilité de leur atmosphère, qui ne cesse de se dilater et de se contracter. On remarque une relation étroite entre la fréquence de cette variation et la luminosité absolue (intrinsèque) de l'étoile, que l'on peut donc déduire simplement de l'observation de l'astre. La comparaison avec la luminosité apparente (l'éclat dans notre ciel) donne une bonne évaluation de la distance de la Céphéide, ou même de la galaxie qui la contient. C'est par cette méthode qu'ont été déterminées pour la première fois les distances des Nuages de Magellan et de la galaxie d'Andromède (M31), notre voisine.

Lorsque l'observation ne colle pas...

L'observation des Céphéides de notre propre galaxie apporte d'intéressantes indications sur ses mouvements internes, c'est-à-dire la façon dont elle tourne sur elle-même. Mais quelque chose ne collait pas... Les mesures effectuées sur cette base divisaient les chercheurs sur leur interprétation : « si la rotation de la galaxie est prise en considération, les Céphéides semblent chuter vers le Soleil à une vitesse moyenne d'environ 2 km/s », note l'astronome Nicolas Nardetto, directeur de l'étude.

Lui-même et ses collègues ont utilisé le spectrographe de haute précision Harps (High Accuracy Radial Velocity Planetary Searcher) installé au foyer du télescope de 3,6 m de l'ESO à La Silla pour scruter les caractéristiques de huit Céphéides de notre galaxie. Habituellement, Harps est dévolu à la recherche d'exoplanètes grâce à son extrême sensibilité dans la détermination des mouvements radiaux des étoiles.

L'énigme résolue

Appliqué aux Céphéides, il a permis de déterminer que leurs propres mouvements radiaux étaient corrélés aux éléments chimiques contenus dans leur propre atmosphère, rejetant du même coup la théorie d'une rotation compliquée de la Voie Lactée. « Nos observations montrent que ce mouvement apparent vers nous provient presque certainement d'une propriété intrinsèque des Céphéides. [...] Ce résultat, s'il est généralisé à toutes les Céphéides, implique que la rotation de la Voie lactée est plus simple qu'on le pensait précédemment, et est certainement symétrique autour d'un axe », conclut le chercheur.

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