Galaxie (Voie lactée)
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La Galaxie est un ensemble d'environ 100 milliards d'étoiles relativement proches1, comprenant notre Soleil, et de matière interstellaire.
Le mot est emprunté au latin galaxias, lui-même emprunté au grec γαλαξίας « voie lactée ».
La forme de ce système stellaire est un disque de 25 kpc de diamètre comportant un bulbe central, lui-même entouré d'un halo sphérique de faible densité de 30 kpc de diamètre.
D'autres systèmes stellaires semblables à notre Galaxie existent dans l'Univers, et sont désignés sous le nom commun de galaxies (les galaxies étaient autrefois appelées nébuleuses, comme d'autres objets d'apparence diffuse qui n'étaient pas résolubles en étoiles).
Le disque et le bulbe sont visibles dans le ciel nocturne sous l'aspect d'une trainée brillante appelée « Voie lactée » ; sa partie la plus large et lumineuse est située à proximité de la nébuleuse de la lagune (M8), dans la constellation du Sagittaire et correspond à la direction du bulbe.
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Mythologie
Le nom de Voie lactée vient de la mythologie grecque. Il existe deux légendes pour l'expliquer :
- La première fait appel au demi-dieu Héraclès. En effet, un jour, alors qu'il était enfant, ce dernier fut placé sur le sein d'Héra endormie. Malheureusement, Héraclès ne domptant pas encore sa force, voulut se nourrir au sein de la déesse, mais il tira si fort que le lait gicla et se répandit en une grande traînée laiteuse dans le ciel : la Voie lactée. Pour en revenir à Héraclès, on sait qu'il tua, lors de ses fameux douze travaux, le dragon Ladon qui gardait les pommes d'or du jardin des Hespérides (propriété d'Héra). La déesse, en mémoire du gardien, le plaça dans le ciel sous la forme de la constellation du dragon.
- La seconde légende fait référence à la trace laissée par un incendie qui subsiste dans le Ciel et qui constitue la Voie lactée. Cet incendie fut provoqué par Phaéton qui, un jour, emprunta le chariot de feu de son père Hélios afin de prouver à tous ses origines divines. Mais, pendant sa démonstration, il mit le feu sur la Terre ainsi qu'à la voûte céleste. Zeus, très fâché, le précipita dans l'Éridan après l'avoir foudroyé. Mais Cycnos, demi-frère de Phaéton, supplia Zeus de lui pardonner et de le sauver. Alors Zeus plaça Cycnos dans la Voie lactée comme symbole de l'amitié fidèle. On peut encore le voir sous la forme de la constellation du Cygne dans les vestiges de l'incendie provoqué par son ami Phaéton. (On dit aussi que cette constellation provenait d'un autre Cycnos, fils de Poséidon, héros troyen tué par Achille et transformé en un cygne blanc par son père puis placé dans le Ciel.)
Premières observations et découvertes
L'observation à l'œil nu de la Voie lactée ne permet pas de distinguer les étoiles dont elle se compose ; cependant, les philosophes grecs déclaraient « qu'elle est formée d'astres tout petits et groupés si étroitement qu'ils nous paraissent ne faire qu'un, en raison de l'intervalle qui sépare la Terre du ciel, comme si on avait répandu une poudre de grains de sel fins et nombreux ».
Les progrès de l'astronomie galactique furent très lents et surtout tardifs. Si Galilée découvrit, dès 1610, avec sa lunette astronomique, que la Voie lactée était un nuage dense d'étoiles très éloignées du Soleil, c'est seulement en 1750, dans son ouvrage An Original Theory or New Hypothesis of the Universe, que le savant anglais Thomas Wright imagina qu'elle formait un nuage aplati, disque parsemé d'étoiles parmi lesquelles se trouvait le Soleil.
Au début du XVIIIe siècle, des dénombrements d'étoiles effectués suivant différentes directions permirent à William Herschel, astronome d'origine allemande établi en Angleterre, de confirmer cette idée, mais il fallut attendre les années 1920 pour que les astronomes américain Harlow Shapley et néerlandais Jan Oort donnent une idée correcte des dimensions de la Galaxie en estimant à 30 000 années lumière la distance du Soleil à son centre.
Constitution de la Galaxie
La masse de la Galaxie est évaluée entre 750 et 1 000 milliards de masses solaires.
La distribution de l'hydrogène, l'élément le plus abondant dans la galaxie, mesurée par des techniques de radioastronomie, révèle que la Galaxie est une galaxie spirale de type Sb ou Sc selon le classement de Hubble. On ne sait toujours pas si elle a une structure barrée.
Le disque
Le disque, dont la masse représente 70 % de la masse visible de l'ensemble de la Galaxie, est principalement constitué d'étoiles de caractéristiques variées : moins de 10 % de sa masse se trouve sous forme gazeuse. Cependant, les étoiles jeunes et le gaz sont concentrés dans les 4 bras spiraux qui sont :
- le bras spiral majeur Sagittaire-Carène ;
- le bras intermédiaire Écu-Croix ;
- le bras interne de Norma ;
- le bras externe de Persée.
Au centre, le bulbe comprend :
- une population d'étoiles majoritairement âgées et riches en métaux ;
- du gaz neutre, ionisé et moléculaire, dont la présence obscurcit une partie de la Galaxie en raison de sa forte absorption de la lumière visible ;
- un noyau dense de quelques parsecs de diamètre, dont la région la plus dense est caractérisée par la radiosource Sgr A.
Le halo
Le halo est la composante sphéroïdale de la Galaxie située au-delà du bulbe ; il représente 20 à 25 % de la masse de la Galaxie et est peuplé d'étoiles âgées de population II.
Rotation galactique
Les mouvements propres des étoiles sont déterminés par :
- leur vitesse radiale, dont la valeur est fournie par le déplacement des raies spectrales (effet Doppler-Fizeau) ;
- les variations de l'ascension droite et de la déclinaison des étoiles sur de longues périodes ;
- la distance, mesurée par la parallaxe, qui permet de calculer les composantes de la vitesse tangencielle à partir des valeurs précédentes.
L'étude de ces vitesses montre que l'ensemble de la Galaxie est en rotation autour de son centre de masse, appelé centre galactique.
Les vitesses des différents objets se décomposent en :
- une vitesse de rotation circulaire autour du centre galactique, qui ne dépend que de la distance au centre galactique ;
- une vitesse de mouvement propre ; la vitesse particulière du Soleil est considérée par rapport à un ensemble d'étoiles voisines, appelé centre local des vitesses : elle est de 19,5 km/s vers la constellation d'Hercule (α=18h, δ=30°).
Les objets du halo ont une rotation lente et des orbites excentriques, alors que ceux du disque tournent rapidement. La partie située à moins de 600 pc du centre galactique semble même tourner de façon solidaire à une vitesse angulaire uniforme, donc avec une vitesse linéaire proportionnelle à la distance du centre de la Galaxie.
Dans le reste du disque, où se trouve le Soleil, la vitesse angulaire des objets décroît tellement vite que la vitesse linéaire de rotation reste quasiment égale à 250 km/s depuis 1 kpc du centre jusqu'à 15 kpc.
Ainsi, si la période de révolution galactique du Soleil, situé à 8,6 kpc du centre galactique, est évaluée à 226 millions d'années, une étoile située à 1 kpc fera le tour de la Galaxie en 26 millions d'années seulement.
Le Système solaire aurait donc effectué entre 20 et 21 révolutions galactiques depuis sa formation voici 4,55 milliards d'années.
Quelques coordonnées utiles
Le Soleil se trouve proche de la périphérie de la Galaxie à 8,6 kpc du centre galactique, mais à seulement 15 pc du plan équatorial.
Position du centre galactique :
- Ascension droite : 17 h 45,6 min
- Déclinaison : −28 deg 56 min
- Distance : 8,6 kpc.
Direction du nord galactique (époque 2000.0) :
- Ascension droite : 12 h 51,42 min
- Déclinaison : +27 deg 7,8 min
Milkyway.jpg
Milky Way
Image en fausse couleur de la Voie lactée prise par l'Observatoire spatial en rayons-X Chandra
La Galaxie dans l'Univers
La Galaxie appartient au « groupe local », un petit groupe de trois grandes galaxies et plus de trente petites. Elle est la seconde plus grande du groupe, après la galaxie d'Andromède (M31), mais c'est peut-être la plus massive.
M31 est la grande galaxie la plus proche de la Galaxie, à environ 2,9 millions d'années lumière mais il y a beaucoup de petites galaxies très proches. Nombre de galaxies naines du groupe local sont des satellites ou des compagnons de la Galaxie. La plus proche de toutes est la galaxie du Sagittaire, située à environ 80 000 années lumière de nous et à 50 000 années lumière du centre galactique, suivie respectivement par le Grand Nuage de Magellan et le Petit Nuage de Magellan à 179 000 et 210 000 années lumière.
Il est fort probable que la Galaxie a « avalé » une galaxie naine assez récemment dans son histoire ; mais cette collision, dont l'étude cosmologique est en cours, n'est pas encore avérée totalement et des précisions devront être apportées en ce qui concerne les collisions passées et futures de notre galaxie.
Comme dans les autres galaxies, il se produit parfois des supernovae à intervalles irréguliers. Si elles ne sont pas trop obscurcies par la matière interstellaire, elles peuvent devenir plus visibles que les étoiles, au point qu'une supernova qui exploserait à seulement quelques années lumière du système solaire ne laisserait que peu de chances à la vie sur Terre. Aucune n'est apparue depuis l'invention de la lunette. La dernière fut observée en 1604 par Kepler dans Ophiuchus.
Notes
1. Compte-tenu de la position excentrée du Système solaire, les étoiles les plus éloignées de la Galaxie sont distantes d'environ 24 kpc ; alors que l'étoile la plus proche du Soleil, Proxima Centauri, se trouve à 1,3 pc, et que la galaxie la plus proche, le grand Nuage de Magellan, se trouve à 54,9 kpc. 2. Cette distance de 8,6 kpc a été confirmée récemment par les mesures d'Hipparcos, le satellite astrométrique de l'ESA.
Voir aussi
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