Qu'est-ce qu'une galaxie ?

Les galaxies sont des ensembles d’étoiles (entre 10 millions et 100 milliards), de gaz et de poussières.

Pour commencer observons la galaxie la plus proche de nous, notre propre Galaxie : La Voie Lactée. L’image ci-dessous est une photographie panoramique de la Voie Lactée. Les trois ingrédients composant les galaxies sont clairement visibles sur cette image.

• Les étoiles – À l’œil nu, la Voie Lactée apparaît comme un nuage blanchâtre. Sur cette photographie nous pouvons constater qu’elle est constituée en réalité d’une myriade d’étoiles. En étudiant leurs spectres (voir TP Étoiles) nous arriverions à la conclusion que les étoiles constituant notre Galaxie ont des masses et des températures variées.

• Le gaz - Le gaz contenu dans la Galaxie (essentiellement de l’hydrogène) se trouve sous plusieurs états. Il existe dans notre Galaxie des grands nuages froids d’hydrogène moléculaire représentant approximativement la moitié de toute la masse de gaz dans la région comprise dans l’orbite du Soleil. C’est au sein de ces nuages que naissent les étoiles par effondrement gravitationnel. La signature spectrale des nuages moléculaires est observable dans le domaine radio millimetrique (raies du monoxyde de carbone CO).

  Après leur naissance au sein d’un nuage moléculaire, les étoiles les plus massives ionisent le gaz environnant. Il se forme alors des nuages de gaz ionisé appellés nébuleuses en émission. Sur la photographie, les nébuleuses en émission sont clairement reconnaisables à leur teinte rouge-rose due à la couleur de la raie d’émission de l’hydrogène Halpha à 656.3 nanomètres.

• La poussière – Les galaxies contiennent aussi de la poussière que les étoiles ont formée pendant leur vie et qu’elles ont ejecté dans le milieu interstellaire. Ces particules de poussière ont la propriété d’absorber la lumière émise par les étoiles, exactement comme la poussière suspendue dans l’air absorbe la lumière du Soleil. Ainsi, depuis la Terre nous ne pouvons observer (dans le domaine de la lumière visible) qu’une petite partie de notre Galaxie. La poussière distribuée sur le plan de la Galaxie, absorbe une grande partie de la lumière provenant du centre galactique et au delà. Sur la photographie de la Voie Lactée les régions en noir ne sont pas des zones vides d’étoiles et de gaz mais des régions où la poussière a absorbé pratiquement toute la lumière en arrière plan.

  L’absorption par la poussière est un effet chromatique : la poussière diffuse beaucoup plus la lumière bleue que la lumière rouge. La poussière eteint et rougit la lumière des objects astrophysiques.

  Étoiles, gaz et poussière sont les ingrédients principaux des galaxies. Chacune de ces composantes a sa propre signature spectrale. L’outil fondamental des astronomes extra-galactiques est l’analyse des spectres des galaxies. À partir des spectres, les astronomes réussissent à déterminer :

  1. L’âge des populations d’étoiles
  2. La composition chimique du gaz
  3. La quantité de poussière

  Mais aussi :

  1. Dynamique des galaxies (mouvement des étoiles et du gaz).
  2. Distance (décalage vers le rouge)

  Les questions que vous trouverez au cours de ce TP sur l'analyse des Spectres observés de galaxies vous permettrons d'approcher le travail de l'astrophysicien extra- galactique.