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Les galaxies spirales barrées : des nouvelles venues dans l'Univers

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L'évolution est la loi fondamentale de l'Univers et les galaxies elles-mêmes n'y échappent pas. En utilisant, entre autres, le télescope spatial Hubble, les astronomes viennent de montrer que le taux de galaxies spirales barrées dans le cosmos s'est accru considérablement au cours des sept derniers milliards d'années.

La galaxie spirale barrée COSMOS 3127341 à 2,1 milliards d'années-lumière. Crédit : Nasa, Esa, K. Sheth (Spitzer Science Center, California Institute of Technology), P. Capak et N. Scoville (California Institute of Technology)

L'astronomie moderne contredit une fois plus la physique d'Aristote en montrant que l'évolution et le devenir dans l'Univers ne sont pas limités au monde sublunaire du philosophe grec, c'est-à-dire la Terre. Des astronomes viennent en effet d'étudier plus de 2.000 galaxies spirales à l'aide du télescope spatial Hubble et ont confronté ces observations aux données du Cosmic Evolution Survey (Cosmos).

Cette campagne d'observations a couvert une région du ciel neuf fois plus étendue que celle de la Lune. Décuplant le nombre de galaxies spirales connues, elle a permis aux astronomes d'affiner leurs connaissances et de réaliser des études statistiques plus solides. Alors qu'aujourd'hui près de 70% des galaxies spirales possèdent une barre, ce nombre n'était que de 20% il y a 7 milliards d'années, ce qui montre que l'acquisition de barres par les spirales est un phénomène récent. Notre Voie Lactée elle-même est une spirale et elle possède une barre.

Quelques exemples de galaxies découvertes par Cosmos et dont le décalage spectral z (donc la distance), a été déterminé grâce aux télescopes Hubble et Subaru, sur le Mauna Kea, à Hawaï. Crédit : Nasa, Esa et Z. Levay (STScI)

Spirales et barres : comme des vagues sur une mare

Les théories expliquant la formation de ces structures sont assez subtiles. On pense qu'une barre apparaît dans une spirale quand les orbites stellaires deviennent instables et acquièrent un mouvement plus éloigné de la forme circulaire. En fait, le gaz d'étoiles dans une galaxie est autogravitant et il peut être le siège d'ondes, comme dans un fluide, avec apparition de structures particulières, comme des vagues à la surface de l'eau.

Techniquement parlant, les barres sont des ondes de densité qui peuvent se développer spontanément dans un disque galactique soumis à sa propre gravitation. Toute la matière participe à cette instabilité gravitationnelle, étoiles et gaz interstellaire compris, et fait apparaître des forces gravitationnelles tangentielles. Ces forces produisent des couples de torsion sur les bras spiraux des galaxies, ce qui transmet le moment cinétique du gaz interstellaire vers l'extérieur et permet à une grande masse de gaz de tomber vers le centre. Il en résulte une flambée de nouvelles étoiles.

Remarquablement, la répartition des barres dans les spirales n'est pas aléatoire et elles ont tendance à se former de préférence dans les galaxies à faibles masses. Dans les galaxies les plus massives, la proportion de spirales barrées tend à rester la même au fil du temps. Comme toujours en astrophysique, c'est la masse qui détermine l'évolution des objets et l'on comprend désormais que non seulement les galaxies les plus massives forment l'essentiel de leurs étoiles plus rapidement que les plus légères mais que c'est aussi le cas pour l'apparition des barres.

Toutes ces nouvelles données aident les astrophysiciens à comprendre le monde fascinant des galaxies et leur fournissent des contraintes observationnelles supplémentaires pour tester leurs modèles analytiques et surtout numériques.

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