Voie lactée

Si la «population» de l’univers est divisée en groupes sociaux, notre galaxie de la Voie lactée appartiendrait à une solide «classe moyenne». Elle appartient donc au type de galaxie le plus courant, mais elle n’est pas pour autant dans la moyenne en termes de taille ou de masse. Il y a plus de galaxies plus petites que la Voie lactée que de galaxies plus grandes. Notre île stellaire a également au moins 14 compagnons, d’autres galaxies naines. Elles sont condamnées à tourner autour de la Voie lactée jusqu’à ce qu’elles soient englouties par elle ou qu’elles s’envolent lors d’une collision intergalactique. Pour l’instant, c’est le seul endroit où la vie est certaine — c’est-à-dire vous et moi.

Mais la Voie lactée reste la galaxie la plus mystérieuse de l’univers : située à l’extrémité de l'»île étoilée», nous ne voyons qu’une fraction de ses milliards d’étoiles. Le cœur de la galaxie est invisible : il est recouvert de bras denses d’étoiles, de gaz et de poussières. Aujourd’hui, nous allons parler des faits et des mystères de la Voie lactée.

Voie lactée : les principales caractéristiques

Carte de la Voie lactée

Le secret du nom de notre galaxie, associé aux dieux, a une autre version, moins connue. Dans l’ancien panthéon grec, il y avait deux titans : Kronos et Rhéa, qui ont donné vie à tous les dieux de l’Olympe. Cependant, le processus de procréation fut d’abord lent : le géant Cronos craignait que les enfants ne s’emparent de son trône et les a donc tous mangés. Rhéa, en tant que mère, fut peinée de voir disparaître ses propres enfants. Elle cacha donc le dernier enfant, Zeus, et enveloppa une pierre dans une couche qu’elle donna à son mari. Cronus, ayant senti le «bébé», déclara que l’enfant était trop dur et trop maigre, et lui demanda de l’engraisser. L’éclaboussure du lait de la déesse, qui se refléta de la pierre froide dans le ciel, devint la traînée étoilée de la Voie lactée. Et Zeus, sauvé, renversa plus tard son père tyrannique.

Pourquoi toute cette histoire effrayante ? Le fait est que la galaxie de la Voie lactée a complètement hérité du caractère de son père mythologique. Elle est aussi grosse qu’un titan, et elle mange toujours ses petits compagnons. En ce moment même, la galaxie naine du Sagittaire est aspirée à l’intérieur de notre île stellaire. Un sort similaire attend les autres satellites visibles à l’œil nu, le Grand et le Petit Nuage de Magellan. Les interactions gravitationnelles avec la Voie lactée détruisent déjà leurs structures spirales, faisant apparaître des «îles étoilées» dans de vagues nuages de gaz et d’étoiles.

Le grand et le petit nuage de Magellan

L’absorption, qui est réelle, ne conduit pas à la mort instantanée d’une île stellaire. Les galaxies «avalées» peuvent tranquillement traverser la Voie lactée, en perdant quelques étoiles, et continuer à tourner autour d’elle. Mais comme dans le mythe, un châtiment attend le géant. Dans le groupe local de galaxies, la Voie lactée n’est que la deuxième en taille et en masse, derrière la galaxie d’Andromède. C’est de ses «mains» que notre galaxie acceptera de mourir : une grande voisine l’avalera dans 3 à 4 milliards d’années.

Nous vous avons déjà expliqué comment la collision se produira et ce qu’elle menace. Dans cet article, nous parlerons de la Voie lactée en tant que galaxie spirale unique, que nous avons la chance de voir de l’intérieur.

Caractéristiques de la Voie lactée

La physique s’appuie sur des chiffres concrets et des paramètres précis, qui nous permettent de connaître le destin de tout, du sandwich qui tombe par terre aux immenses galaxies qui s’étendent sur des millions d’années-lumière. La Voie lactée ne fait pas exception à la règle. Jetons un coup d’œil sur ce qui rend notre planète remarquable.

La galaxie NGC 6744, considérée comme très similaire à la Voie lactée.

• Le disque galactique de la Voie lactée s’étend de 50 à 90 000 années-lumière dans toutes les directions à partir du centre. Comme nous le savons déjà, c’est peu, mais ce n’est pas si petit non plus. Le rayon des plus grands satellites de la galaxie, les nuages de Magellan, n’est que de 7 000 s.l. Mais notre plus proche voisine, la galaxie d’Andromède, est beaucoup plus grande que la Voie lactée. Pour aller de son cœur à sa périphérie, le faisceau lumineux a besoin de 110 000 ans.
• Notre Soleil se trouve à environ 27 000 années-lumière du cœur de la Voie lactée. On pense qu’il est plus proche du bord du disque que du centre. C’est pourquoi la taille de la Voie lactée est généralement perçue dans un plus petit espace. De plus, notre luminaire se déplace à une vitesse énorme autour du centre galactique — de 200 à 250 km/sec. Malgré cela, il nous faut 240 millions d’années pour faire un tour complet de la Voie lactée. Et pour vaincre la gravité de la galaxie et entreprendre un voyage intergalactique, le Soleil doit accélérer deux fois plus vite, à une vitesse de 550 km/sec.
• Le véritable critère de la taille d’une galaxie est cependant le nombre d’étoiles. Personne ne peut en faire une estimation précise, bien sûr. Mais c’est la quantité de matière visible qui permet de juger de la massivité et de la concentration. Il y a entre 100 et 400 milliards d’étoiles dans la Voie lactée — tout dépend de la façon dont on estime le nombre d’étoiles fermées à notre vue par le centre galactique et les autres bras.

Bras de la Voie lactée depuis la Terre. Toutes les étoiles visibles sur l’image appartiennent à la galaxie

• En revanche, la masse de la galaxie est beaucoup plus claire : elle est comprise entre 1 et 1,5 trillion de masses solaires. Ce chiffre ne permet pas de calculer le nombre d’étoiles, car la majeure partie de la masse est couverte par de la matière noire invisible, mais il nous permet de comparer plus clairement la Voie lactée avec ses voisines.

Toutes ces données sont approximatives et ne sont chiffrées que parce qu’elles sont nécessaires à certains calculs. Malgré les outils perfectionnés des astronomes, il est impossible de mesurer les paramètres exacts d’une galaxie. Surtout de l’intérieur, où la plupart des étoiles sont cachées. C’est pourquoi les scientifiques donnent la priorité à d’autres questions — par exemple, comment la Voie lactée est agencée et comment sa structure fonctionne. Nous y reviendrons plus tard.

Classe et structure générale

Notre galaxie est une galaxie spirale typique avec une jonction, la SBbc. Aujourd’hui, on pense que les galaxies spirales représentent 55 % de toutes les galaxies de l’Univers. Les galaxies à jonction sont le sous-type le plus courant — elles représentent deux tiers de toutes les galaxies spirales. Les scientifiques considèrent les «îles stellaires» à jonction spirale comme un type de galaxie relativement jeune. Au fil du temps, lorsque les ressources de la galaxie sont épuisées, le jumper disparaît.

Image du centre de la Voie lactée

Quelle est l’essence de ce sauteur et à quoi ressemble-t-il ? Voyons brièvement comment notre Voie lactée est construite. En effet, ses éléments constitutifs sont les seuls éléments relatifs aux galaxies dont les astronomes sont plus ou moins sûrs.

• Vous savez déjà avec certitude qu’à l’intérieur de la Voie lactée, il existe un noyau — la partie centrale de la galaxie, la concentration de sa masse, autour de laquelle se trouvent toutes les autres parties de l'»île étoilée». Dans la Voie lactée, il est formé par un groupe d’étoiles et de nuages de poussière qui se déplacent à grande vitesse autour du trou noir supermassif Sagittarius A*. Le noyau de notre galaxie fait partie des galaxies actives, car il émet plus d’énergie que l’ensemble des étoiles qui le composent.
• Vient ensuite le balge (de l’anglais «swell, bulge») — une coquille de volume sphérique du centre de la Voie lactée. Il est constitué de grandes étoiles géantes, de vieux luminaires et de gaz brûlants qui tournent autour du noyau à des vitesses phénoménales. Le bulbe est la partie la plus concentrée et la plus brillante de notre galaxie, mais aussi de toutes les galaxies. Mais nous le voyons à peine, car il est recouvert par les bras de la Voie lactée et par sa propre couverture nuageuse.

Le centre, le bulbe et le halo

• De chaque côté du bulbe, le pont, auquel sont attachés les bras galactiques de la Voie lactée, se ramifie à partir du bulbe. Souvent, il n’est pas séparé en un élément distinct : sans les bras à l’arrière-plan, le bulbe se confond avec le linteau, ne laissant qu’un petit épaississement au centre. Le batardeau peut être comparé au lit d’une rivière agitée et turbulente. Des flux de gaz et de poussières galactiques y sont constamment pompés, entraînant une formation active d’étoiles.
• Deux bras principaux de la spirale de la Voie lactée — les bras de Bouclier-Centaure et de Persée — se déroulent à partir des bords de la jonction. Ils sont nommés d’après les constellations du ciel terrestre qui coïncident avec eux. Il existe au moins cinq autres bras plus petits qui se ramifient parallèlement aux bras principaux. Cependant, ils ne constituent qu’une partie du disque galactique, la fine couche de la galaxie dans laquelle se concentre la majeure partie de sa matière visible. Le disque de la Voie lactée a une épaisseur de 2 000 années-lumière, ce qui est assez faible par rapport à son diamètre de 180 000 mètres carrés.

Fait intéressant. Les bras sont une structure très inhabituelle. Lorsque le gaz et la poussière conservent leur forme spirale et tournent avec la galaxie, les étoiles sont totalement indépendantes : elles quittent les bras «parents» et s’envolent vers d’autres bras. Il n’y a qu’un petit intervalle où le mouvement des étoiles et des bras est synchrone — dans ce secteur se trouve notre Soleil. Les astronomes pensent que c’est parce qu’il se trouve dans un endroit aussi calme que la vie sur Terre a pu se développer. Les collisions avec les nuages de poussière galactiques et les contacts étroits avec d’autres étoiles auraient gravement affecté le système planétaire du Soleil.

Les bras galactiques et la zone invisible de la Voie lactée

• Le reste de la galaxie constitue le halo. Personne ne sait jusqu’où il s’étend ni où il se termine. Le halo est principalement constitué de matière noire, qui n’est pas facile à détecter. Il existe cependant des parties visibles. En astronomie, on les appelle la composante sphéroïdale de la Voie lactée. Il s’agit des luminaires et des nuages de gaz visibles qui ne sont pas considérés comme faisant partie du disque stellaire — par exemple, les amas globulaires. Les luminaires qu’ils contiennent sont très serrés les uns contre les autres : il y a 700 à 7000 fois plus d’étoiles par parsec cube !

Les amas globulaires d’étoiles se déplacent sur des orbites allongées autour de la Voie lactée et ne sont pas en contact avec son disque de gaz et de poussières, la «station d’alimentation» de la formation des étoiles. Ils ne contiennent donc pratiquement pas de gaz et toutes les étoiles sont plus ou moins de la même génération. Mais il existe des amas qui échappent à cette règle. Ils sont très denses, avec des masses atteignant des millions de masses solaires, et sont composés d’étoiles d’âges différents.

Les satellites de la Voie lactée

Le mystère de l’origine de ces objets insolites s’est révélé simple : il s’agit des restes des noyaux des galaxies que la Voie lactée a absorbées dans le passé. Aussi incroyable que cela puisse paraître, ces «os» d’anciens satellites représentent environ un quart de tous les amas d’étoiles globulaires de notre galaxie.

L’histoire et l’avenir de la Voie lactée

La plus vieille étoile trouvée dans notre galaxie, HD 140283, est âgée de 13,7 milliards d’années, soit seulement 100 millions d’années de moins que l’Univers lui-même. À cette époque, la galaxie évoluait très rapidement. Comme c’est dans les étoiles que se forment les éléments lourds tels que l’oxygène, le carbone ou le fer, les premiers luminaires galactiques après le Big Bang n’étaient constitués que d’hélium et d’hydrogène. Sans les substances lourdes qui jouent le rôle de stabilisateurs, les nouvelles étoiles sont devenues très grosses et ont existé pendant des millions d’années avant l’explosion. La présence de métaux dans la composition du Soleil et du disque de poussières gazeuses nous permet d’affirmer que la quasi-totalité de la matière de la Voie lactée s’est trouvée, au moins une fois, à l’intérieur d’une autre étoile.

Et que faisait la Voie lactée elle-même à cette époque ? Comme toutes les nouvelles galaxies, elle absorbait activement la matière dispersée dans son halo. C’est ce qu’elle fait encore aujourd’hui. Des nuages de gaz à grande vitesse se déplacent autour de la galaxie et tombent sur son disque, fournissant la matière nécessaire à la formation de nouvelles étoiles. Au début, la Voie lactée a également absorbé les galaxies naines plus petites qui se trouvaient sur son chemin. C’est pourquoi la galaxie ne compte plus que 14 de ses nombreux satellites.

La vidéo ci-dessous présente un modèle informatique de la collision de deux galaxies, l’un des meilleurs à ce jour.

Mais dans quatre milliards d’années, les satellites seront engloutis par la Voie lactée. Les scientifiques pensent que cela a déjà commencé. Les deux satellites de notre galaxie visibles à l’œil nu — le Grand et le Petit Nuage de Magellan — perdent actuellement leur matière, qui s’enroule sur le pôle sud de la Voie lactée. Les scientifiques pensent que toutes les galaxies satellites ressemblaient à un énorme anneau qui s’est brisé lors du déroulement de notre galaxie.

Aujourd’hui, la Voie lactée fait partie des galaxies dites «vertes» et se trouve exactement au milieu de sa vie : le gaz nécessaire à la formation de nouvelles étoiles commence à s’épuiser, mais les étoiles elles-mêmes sont encore jeunes. Cependant, la Voie lactée ne va pas dégénérer en galaxie de la «séquence rouge». Une fois qu’elle en aura fini avec ses compagnons, elle connaîtra la collision que vous connaissez déjà. Ensuite, la Voie lactée et Andromède combineront leurs ressources, et une augmentation à court terme du nombre de nouvelles étoiles les attend.

Et les perspectives d’avenir n’osent même pas laisser les fantaisistes perplexes. Après tout, les 5 milliards d’années nécessaires à la fusion des galaxies dépassent l’âge de toute vie actuelle.

Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023