La Voie lactée et au-delà - Contenu

Nota : Cette page contient des documents dont l'accès peut nécessiter un outil particulier. Si celui-ci n'est pas installé, vous pouvez le télécharger et suivre les instructions d'installation.

  1. Introduction à la Voie lactée
  2. Les trous noirs
  3. Notre habitat dans la Voie lactée
  4. Les nébuleuses
  5. Les autres galaxies
  6. La formation de l'Univers
  7. Résumé

1. Introduction à la Voie lactée

Toutes les étoiles que nous voyons dans notre ciel nocturne sont situées dans notre propre galaxie, la Voie lactée. Une galaxie est un système gravitationnel formé de milliards d'étoiles ainsi que de gaz et de poussière interstellaires.

Milky Way
Même s'il ne s'agit pas d'une image de notre galaxie, beaucoup supposent qu'elle y ressemble.

Parce que nous nous trouvons au sein de la Voie lactée et que nous n'avons jamais réussi à la voir de l'extérieur, il est très difficile de déterminer son apparence exacte. C'est en étudiant d'autres galaxies et en observant la matière dans notre propre galaxie que les scientifiques en sont venus à la conclusion que la Voie lactée est une galaxie spirale, un disque plat avec un bulbe galactique central et des bras spiraux s'étendant en arrondi vers l'extérieur. La galaxie en entier fait une rotation par rapport au centre, et le Soleil voyage à environ 230 kilomètres par seconde pour faire le tour de son orbite en quelque 200 millions d'années. Le disque plat est entouré d'un halo galactique, une région peu lumineuse et vaguement circulaire composée de vieilles étoiles et d'amas d'étoiles. À partir de la Terre, la Voie lactée ressemble à une bande de lumière diffuse qui s'étend dans le ciel nocturne. Le nuage flou que l'on observe à partir d'un endroit sombre constitue notre vue du disque galactique. Il s'agit d'un amas de millions d'étoiles dans des gaz brillants; ces étoiles sont si éloignées et condensées qu'elles forment un nuage lumineux plutôt qu'un ensemble de points brillants.

2. Les trous noirs

Black Holes

On croit qu'il pourrait s'agir d'un trou noir se trouvant dans la galaxie spirale M87.

Le centre de notre galaxie ne peut être vu à la lumière optique en raison de l'obscurcissement important des étoiles et de la matière interstellaire se trouvant à l'avant-plan. On estime qu'il n'est possible de voir qu'à un dixième de la distance jusqu'au centre. Une grande quantité d'énergie peut toutefois être détectée au centre de notre galaxie, et on pense que cette énergie peut être produite par un trou noir d'une masse imposante. Un trou noir est un corps ayant une masse incroyable, concentrée dans un petit volume, ce qui donne lieu à une densité extrêmement haute et à une attraction gravitationnelle d'une telle force que même la lumière ne peut s'en échapper. Les trous noirs sont des corps étranges, très complexes et difficiles à comprendre. On croyait qu'il s'agissait d'un phénomène exagéré; on pense aujourd'hui que les trous noirs constituent une partie importante de l'Univers. Ils génèrent un champ gravitationnel puissant qui déforme l'espace et le temps autour d'eux et dévie les rayons lumineux.

Parce qu'ils sont sombres, les trous noirs sont impossibles à voir, mais ils peuvent être détectés avec d'autres méthodes. Les particules de gaz en orbite autour d'un trou noir accélèrent à une vitesse vertigineuse à mesure qu'elles s'en approchent, ce qui les fait surchauffer pour atteindre des températures extrêmes et émettre des rayons X. Ces rayons X permettent aux astronomes de classer des étoiles pratiquement invisibles comme des trous noirs possibles. La matière à proximité des centres galactiques semble bouger à une vitesse phénoménale. Pour atteindre cette vitesse et pour que la matière soit retenue par la force de gravité, il doit y avoir un objet massif au centre des galaxies. Le volume qu'occupent ces corps est relativement petit, et du fait de la masse importante, la densité est telle que ce corps doit être un immense trou noir. Pour cette raison, on croit que beaucoup de galaxies spirales comme la nôtre, sinon toutes, contiennent un trou noir supermassif au centre.

3. Notre habitat dans la Voie lactée

La Voie lactée est un immense amas de matière, et sa grosseur est difficile à imaginer. Une année-lumière équivaut à la distance parcourue par la lumière en une année; celle-ci voyage à une vitesse de plus d'un milliard de kilomètres à l'heure (la lumière ferait environ sept fois et demie le tour de la Terre en une seconde). Une année-lumière équivaut à environ 10 billions de kilomètres, une distance inimaginable en soi. Le disque circulaire de notre galaxie est d'autant plus inconcevable : il fait environ 100 000 années-lumière. Le Soleil est situé environ aux deux tiers du parcours à partir du centre, et l'épaisseur du disque à l'endroit où l'on se trouve est d'environ 1000 années-lumière. Les étoiles les plus lointaines visibles à l'œil nu sont seulement à environ deux mille années-lumière; notre galaxie, la Voie Lactée, constitue assurément un vaste amas de matière.

Télécharger l'applet Flash

Notre système solaire et les étoiles visibles dans notre ciel composent une infime partie de la galaxie. Dans le ciel nocturne, il est possible de voir environ 3000 étoiles à l'œil nu, mais la Voie lactée en contient des milliards. Il arrive que des étoiles se forment en amas lorsqu'un nuage interstellaire s'effondre et se divise en de multiples petites protoétoiles. On croit que beaucoup d'étoiles ont des planètes en orbite autour d'elles, formant ainsi des systèmes solaires. Parce que les étoiles sont si éloignées, il est difficile de détecter les planètes en orbite, bien que les astronomes aient réussi à repérer quelques centaines de ces étoiles. Cela est possible en mesurant les faibles perturbations ou variations de la position apparente des étoiles, qui serait influencée par la gravité des planètes. Les astronomes sont capables de détecter ces variations en raison de la grosseur des planètes, ce qui leur permet de supposer l'existence d'autres systèmes solaires dans notre galaxie. Nombre de planètes ainsi découvertes sont beaucoup plus grosses que Jupiter, notre planète la plus imposante.

4. Les nébuleuses

En plus des innombrables étoiles dans la Voie lactée, le milieu interstellaire dans notre galaxie contient des gaz et des particules de poussière formant de magnifiques nébuleuses. Une nébuleuse est un nuage de gaz interstellaires, illuminés par les étoiles environnantes, donnant l'impression d'un gaz incandescent. Sous la lentille d'un télescope, les nébuleuses sont plutôt de faible luminosité et paraissent vertes, mais avec une caméra dotée d'une pellicule sensible et un temps d'exposition prolongé, il est possible de percevoir plus de détails et de couleurs. Il existe beaucoup de types de nébuleuses, qui se présentent sous diverses formes et grosseurs. Les nébuleuses planétaires sont de forme vaguement circulaire et sont causées par la mort d'une étoile de faible masse qui éjecte ses couches de gaz externes. Une nébuleuse gazeuse forme un nuage ardent de matière interstellaire chaude, énergisée par des étoiles jeunes et chaudes qui se trouvent à l'intérieur des gaz. Une nébuleuse par réflexion réfléchit simplement la lumière des étoiles voisines; elle est moins lumineuse et moins commune que les nébuleuses gazeuses. Les nébuleuses ne sont toutefois pas toutes lumineuses; en effet, les nébuleuses obscures absorbent la lumière des étoiles situées à l'arrière-plan et créent des taches sombres en apparence exemptes d'étoiles. Les nébuleuses obscures sont composées du même type de gaz que les nébuleuses gazeuses ou par réflexion, mais ne contiennent pas les étoiles nécessaires pour illuminer les gaz. Au contraire, elles bloquent la lumière des étoiles qui se trouvent derrière elles. Tandis que les nébuleuses planétaires sont en général de forme circulaire, d'autres nébuleuses peuvent avoir des formes variées selon la disposition des gaz desquels elles tirent leur origine.

Nébuleuses planétaires
Stingray Nebula Spirograph Nebula Eye Nebula Cat's Eye Nebula Ant Nebula
Nébuleuse
Stingray
Nébuleuse
du spirographe
Nébuleuse
l'œil rayonnant
Nébuleuse
de l'œil de chat
Nébuleuse
de la fourmi
Nébuleuses gazeuses Nébuleuses par réflexion
Trifid Nebula Tranantula Nebula Orion Nebula Reflection Nebula in Orion Reflection Nebula in the Pleiades
Nébuleuse
Trifide
Nébuleuse
de la tarentule
Nébuleuse
d'Orion
Nébuleuse par
réflexion dans Orion
Nébuleuse
par réflexion
dans les Pléiades
Nébuleuses obscures
Horsehead Nebula Dark cloud in Scorpius
Nébuleuse de la tête de cheval Nuage sombre dans Scorpion

Image © Anglo-Australian Observatory, photographie de David Malin.

5. Les autres galaxies

Alors que les distances servant à décrire la Voie lactée semblent inconcevables, notre galaxie ne compte que pour une infime partie de l'ensemble de l'Univers. Des milliards de galaxies, semblables ou non à la nôtre, peuplent l'Univers connu. Les plus grandes galaxies sont beaucoup plus vastes que la Voie lactée et contiennent des billions d'étoiles, tandis que les plus petites peuvent en contenir moins d'un million. La Voie lactée compte quelques petites galaxies satellites, mais la galaxie d'envergure la plus près de nous, la galaxie d'Andromède, se situe à environ 2,2 millions d'années-lumière. Cette galaxie ressemble à un disque avec un bulbe central brillant entouré de bras spiraux, un peu comme la Voie lactée. Durant les premières décennies du XXe siècle, Edwin Hubble, un éminent astronome et expert en galaxies, a observé plusieurs centaines de galaxies afin de créer un système de classification selon leur morphologie. Son travail a abouti à la séquence de Hubble, qui demeure le système de classification le plus utilisé de nos jours. Ce système divise en quatre catégories principales les milliards de galaxies dans l'Univers : spirale, spirale barrée, elliptique et irrégulière.

Séquence de Hubble

Ceci est le diagramme qu’Edwin Hubble a créé (en 1925) afin de permettre la classification des galaxies.

  1. Galaxie spirale : Comme la Voie lactée, elle a un bulbe central brillant entouré de bras se développant en spirales formés d'étoiles, de gaz et de poussière. Le bulbe galactique semble rouge, car il est peuplé de vieilles étoiles rouges, tandis que les bras sont bleuâtres puisque la lumière qui s'en dégage provient de jeunes étoiles bleues.
  2. Galaxie spirale
    Sa Sb Sc Sd
    Sa Sb Sc Sd
  3. Galaxie elliptique : Elle n'a pas de structure apparente, ni de bras spiraux. Elle ressemble à une grande sphère de luminosité uniforme constituée presque entièrement de vieilles étoiles. Elle est pratiquement exempte de gaz et de poussière favorisant la formation de nouvelles étoiles. Elle peut former une sphère parfaite ou avoir une forme allongée ou ovale.
  4. Galaxie elliptique
    E0 E6 So
    E0 E6 So
  5. Galaxie spirale barrée : Elle ressemble à une galaxie spirale régulière, à l'exception de la présence d'une barre allongée constituée de matière interstellaire qui s'étend vers le bulbe central. Les bras spiraux prennent naissance aux extrémités de la barre plutôt qu'au centre. Les bras des deux types de galaxies varient dans la forme; certains sont très serrés autour du noyau, d'autres s'étendent librement dans l'espace.
  6. Galaxie spirale barrée
    SBa SBb SBc SBd
    SBa SBb SBc SBd
  7. Galaxie irrégulière : Elle n'entre dans aucune autre catégorie, n'ayant aucune structure propre. Elle est simplement un amas de jeunes étoiles, souvent riche en gaz et en poussière interstellaires.
  8. Galaxie irrégulière
    Irregular galaxies Cartwheel galaxies

Par rapport à la Terre, les galaxies sont situées dans diverses orientations et à divers angles; il peut donc être difficile de les repérer selon leur orientation. La plupart des galaxies dans l'Univers se trouvent dans des amas de galaxies, un groupe de galaxies tenues ensemble par la force gravitationnelle mutuelle. Un amas galactique est fascinant à voir. Avec un puissant télescope, on peut voir des centaines de galaxies concentrées en un endroit restreint dans le ciel. Les amas importants, que l'on appelle superamas, s'étendent sur des millions d'années-lumière et peuvent contenir quelques milliers de galaxies, chacune renfermant à son tour des milliards d'étoiles. La Voie lactée fait partie d'un petit amas, appelé amas local, comprenant environ une vingtaine de galaxies qui sont pour la plupart elliptiques ou irrégulières. L'espace entre les galaxies, au sein d'un amas de même qu'entre les amas, est vaste, froid et pratiquement exempt de toute matière.

6. La formation de l'Univers

La formation de l'Univers est difficile, voire impossible à imaginer, car l'être humain n'est pas en mesure de déterminer quelles étaient les conditions à l'origine de sa formation. Pour cette raison, on a développé la science de la cosmologie pour étudier l'origine de notre Univers. Bien qu'il soit peu probable que les cosmologistes comprennent entièrement le processus de formation de l'Univers, il existe plusieurs théories sur son origine. De nos jours, la plus répandue dans le champ de l'astronomie est la théorie du Big Bang proposée dans les années 1920. En observant les propriétés physiques de l'Univers, les cosmologistes ont spéculé que le temps aurait commencé il y a environ 10 à 15 milliards d'années, au moment où l'ensemble de la matière comprimée en une singularité, un point dense dans un volume infiniment petit, aurait explosé. La théorie du Big Bang repose sur trois observations principales, la première voulant que l'Univers semble être en expansion.

En effet, en observant la lumière se dégageant des galaxies lointaines, on a découvert dans les années 1920 qu'elle se décalait vers l'extrémité rouge du spectre, ce qui signifie que les galaxies s'éloignent de la Terre. Selon cette théorie, ce recul n'est pas attribuable au mouvement des galaxies dans l'espace, mais bien à l'expansion de l'espace même. En supposant que l'Univers s'étende en un tout et qu'il le fait depuis le début des temps, les cosmologistes ont reculé dans le temps au point où l'Univers n'était qu'un petit point.

La deuxième observation porte sur l'abondance relative des éléments chimiques au sein de l'Univers. Selon le modèle du Big Bang, l'Univers serait composé d'environ 75 % d'hydrogène, de 25 % d'hélium et d'un tout petit pourcentage d'éléments plus lourds. Bien que ces prédictions reposent sur les conditions initiales de l'Univers à ses débuts – lesquelles sont pratiquement impossibles à connaître précisément -, l'Univers perceptible est toutefois composé d'hydrogène et d'hélium dans les mêmes proportions ainsi que d'une infime partie d'éléments plus lourds.

La troisième observation porte sur le rayonnement cosmique. En 1948, un astronome russe, George Gamow, a spéculé que la boule de feu provenant de l'explosion du Big Bang aurait produit un rayonnement distribué uniformément qui aurait rempli l'Univers puis refroidi avec l'expansion et serait visible dans toutes les directions du ciel. Ce rayonnement, appelé fond diffus cosmologique, a été détecté pour la première fois en 1965 sous forme d'ondes radio, et sa température est de 2,7 kelvins. C'est avec cette découverte que le Big Bang est devenu crédible aux yeux de beaucoup d'astronomes.

Chaque théorie repose sur des hypothèses, et celle du Big Bang ne fait pas exception; malgré qu'elle ait été proposée en 1920, cette théorie a survécu à 80 années d'avancements technologiques et n'a jamais été démentie par de nouvelles théories concurrentes, ce qui contribue à accroître encore davantage sa crédibilité.

7. Résumé

Le Soleil n'est qu'une des milliards d'étoiles situées dans la Voie lactée. Les étoiles visibles dans notre ciel nocturne appartiennent à notre galaxie, et ce n'est qu'au début des années 1900 que d'autres galaxies ont été découvertes. La Voie lactée comporte des milliards d'étoiles, de même que la possibilité de nombreux systèmes solaires en orbite autour de ces étoiles. Entre les étoiles se trouvent de vastes régions parsemées de gaz et de particules de poussière. Dans les régions où les gaz sont plus denses, il est possible de détecter une nébuleuse, soit par la perception d'une région lumineuse ou d'une tache sombre cachant les étoiles en arrière-plan. On pense que notre galaxie, de même que de nombreuses autres semblables, contient un trou noir central supermassif. La Voie lactée compte pour l'une des quelques milliards de galaxies de l'Univers que l'on peut regrouper en quatre catégories principales selon la séquence de Hubble : spirale, spirale barrée, elliptique et irrégulière. Par ailleurs, les galaxies sont regroupées en amas galactiques, un ensemble de multiples galaxies tenues à proximité par leur force de gravité. Les galaxies contiennent des milliards d'étoiles et une quantité énorme de matière interstellaire, mais le vaste espace entre elles est froid, sombre et exempt de particules.