Lorsque vous regardez le ciel nocturne, vous verrez une bande de lumière douce et large qu'il est impossible de manquer. Cette bande fascinante, évidente près de l’horizon et s’arquant à travers l’étendue, est un sujet de fascination humaine depuis des siècles. Les anciens Grecs l'appelaient « galaxies kuklos » ou « cercle de lait », et les Romains la surnommaient « Voie lactée. ."
C'est en 1610 que Galileo Galilei, à l'aide d'un des premiers télescopes, commença à déchiffrer cette lueur céleste. Ses observations révolutionnaires ont révélé un fait époustouflant :l'éclat de la Voie lactée est le résultat de milliards d'étoiles sombres entourant notre voisinage cosmique.
Avec cette révélation cruciale à l’esprit, rejoignez-nous dans un voyage de découverte alors que nous explorons notre propre galaxie. Nous explorerons sa taille, sa forme et sa structure, discuterons du mouvement de ses étoiles et verrons comment elle se compare à d'autres galaxies.
ContenuLa Voie Lactée, notre demeure céleste, fascine les astronomes depuis des siècles. C'est une vaste galaxie, un vaste système qui comprend des étoiles, du gaz (principalement de l'hydrogène), de la poussière et de la matière noire, tous liés entre eux par la gravité.
Alors que nous naviguons à travers le cosmos, une énigme intrigante émerge :à quoi ressemble réellement la Voie Lactée ? De quoi est-il composé et quelle est sa forme ? Ces questions fondamentales ont intrigué les astronomes pendant des générations, et trouver des réponses n'a pas été une tâche facile.
Un défi important découle de notre perspective unique :nous vivons à l’intérieur de la Voie Lactée, ce qui rend difficile la perception de sa forme et de son contenu. Les premiers astronomes étaient confrontés à de nombreuses limitations en raison de la technologie de leur époque, notamment des télescopes relativement petits avec une portée et des capacités de grossissement limitées, qui ne pouvaient détecter que la lumière visible.
De plus, leur vue sur la Voie lactée était obstruée car elle est enveloppée de poussière cosmique, un peu comme si on observait une tempête de poussière incessante. Ils pensaient autrefois qu'il contenait toutes les étoiles du ciel.
Heureusement, le 20e siècle a marqué le début de progrès remarquables dans la technologie des télescopes, permettant aux astronomes de percer cette brume céleste et de scruter les profondeurs de l’espace. Ces instruments puissants ont dévoilé une vérité étonnante :la Voie lactée n’est pas une simple collection d’étoiles mais une galaxie à la forme gracieuse en spirale. Et contrairement à la croyance populaire, notre système solaire n'en est pas le centre.
Ces nouvelles connaissances mettent en évidence l’immensité de l’univers, la Voie lactée n’étant qu’une des innombrables galaxies qui peuplent le cosmos. Examinons maintenant quelques premières théories sur notre humble galaxie.
Comme nous l'avons mentionné, Galilée a découvert que la Voie lactée est composée d'étoiles sombres, qui semblent moins brillantes que les autres étoiles, soit parce qu'elles émettent moins de lumière, soit parce qu'elles sont loin de nous.
Nous connaissons donc la composition de la galaxie, mais qu’en est-il de sa forme ? Comment pouvez-vous déterminer la forme de quelque chose si vous êtes à l'intérieur ? À la fin des années 1700, l'astronome Sir William Herschel s'est penché sur cette question.
Herschel pensait que si la Voie lactée était une sphère, nous devrions voir de nombreuses étoiles dans toutes les directions. Ainsi, lui et sa sœur Caroline ont compté toutes les étoiles dans plus de 600 zones du ciel.
Ils ont constaté qu’il y avait plus d’étoiles dans les directions de la bande de la Voie Lactée qu’au-dessus et en dessous. Herschel a conclu que la Voie lactée était une structure en forme de disque. Et comme il a trouvé à peu près le même nombre d'étoiles dans toutes les directions le long du disque, il a conclu que le soleil était proche du centre du disque.
Vers 1920, un astronome néerlandais nommé Jacobus Kapteyn mesura les distances apparentes des étoiles proches et éloignées en utilisant la technique de la parallaxe. Parce que la parallaxe impliquait de mesurer les mouvements des étoiles, il a comparé les mouvements des étoiles lointaines avec ceux des étoiles proches.
Il a conclu que la Voie Lactée était un disque d'environ 20 kiloparsecs, soit 65 200 années-lumière, de diamètre (un kiloparsec =environ 3 260 années-lumière). Kapetyn a également conclu que le soleil était au centre de la Voie lactée ou à proximité.
Mais les futurs astronomes remettraient ces idées en question, et la technologie avancée les aiderait à contester les théories et à proposer des mesures plus précises.
Si vous tenez votre pouce à bout de bras et ouvrez et fermez alternativement chaque œil, vous remarquerez que votre pouce semble se déplacer par rapport à l'arrière-plan. Ce phénomène est appelé « décalage de parallaxe ». Les astronomes observent un effet similaire avec les étoiles en raison de l'orbite terrestre.
En comparant les positions des étoiles à six mois d'intervalle, ils mesurent cet angle de parallaxe (Θ). En utilisant Θ et le rayon de l'orbite terrestre (R), ils calculent la distance d'une étoile (D) comme :D =RCotΘ . Ceci est efficace pour les étoiles dans un rayon de 50 parsecs. Pour les étoiles plus éloignées, d'autres méthodes impliquant la luminosité sont utilisées.
À l'époque où Kapteyn publiait son modèle de la Voie lactée, son collègue Harlow Shapely remarqua qu'un type d'amas d'étoiles appelé amas globulaire avait une distribution unique dans le ciel.
Bien que peu d’amas globulaires aient été trouvés dans la bande de la Voie lactée, il y en avait beaucoup au-dessus et en dessous. Shapely a décidé de cartographier la distribution des amas globulaires et de mesurer leurs distances à l'aide de marqueurs d'étoiles variables au sein des amas et de la relation luminosité-distance.
Selon ses observations, des amas globulaires ont été trouvés selon une distribution sphérique et concentrés près de la constellation du Sagittaire. Shapely a conclu que le centre de la galaxie était proche du Sagittaire, et non du soleil, et que la Voie lactée avait un diamètre d'environ 100 kiloparsecs.
Shapely a été impliqué dans un grand débat sur la nature des nébuleuses spirales (faibles taches de lumière visibles dans le ciel nocturne). Il croyait qu'il s'agissait d'« univers insulaires » ou de galaxies situées en dehors de la Voie lactée. Un autre astronome, Heber Curtis, croyait que les nébuleuses spirales faisaient partie de la Voie Lactée.
Les observations d'Edwin Hubble sur les variables des Céphéides ont finalement réglé le débat :les nébuleuses étaient effectivement en dehors de la Voie Lactée.
Mais des questions subsistaient. Quelle était la forme de la Voie Lactée et qu'y avait-il exactement à l'intérieur ?
Hubble a étudié les galaxies et les a classées en différents types de galaxies elliptiques et spirales. Les galaxies spirales étaient caractérisées par des formes de disques avec des bras spiraux. Il allait de soi que parce que la Voie Lactée était en forme de disque et que les galaxies spirales étaient en forme de disque, la Voie Lactée était probablement une galaxie spirale.
Dans les années 1930, l'astronome R.J. Trumpler s'est rendu compte que les estimations de la taille de la Voie Lactée par Kapteyn et d'autres étaient fausses parce que les mesures reposaient sur des observations dans les longueurs d'onde visibles.
Trumpler a conclu que les grandes quantités de poussière dans le plan de la Voie lactée absorbaient la lumière dans les longueurs d'onde visibles et faisaient paraître les étoiles et les amas lointains plus sombres qu'ils ne l'étaient en réalité. Par conséquent, pour cartographier avec précision les étoiles et les amas d’étoiles à l’intérieur du disque de la Voie lactée, les astronomes auraient besoin d’un moyen de scruter la poussière.
Dans les années 1950, les premiers radiotélescopes furent inventés. Les astronomes ont découvert que les atomes d'hydrogène émettaient des rayonnements dans les longueurs d'onde radio et que ces ondes radio pouvaient pénétrer la poussière de la Voie Lactée.
Il est ainsi devenu possible de cartographier chaque bras spiral de la Voie Lactée. La clé était des étoiles marqueurs comme celles utilisées dans les mesures de distance. Les astronomes ont découvert que les étoiles de classe O et B fonctionneraient. Ces étoiles avaient plusieurs caractéristiques :
Les astronomes pourraient utiliser des radiotélescopes pour cartographier avec précision les positions de ces étoiles O et B, et utiliser les décalages Doppler du spectre radio pour déterminer leurs vitesses de mouvement. En faisant cela avec de nombreuses étoiles, ils ont pu produire des cartes radio et optiques combinées des bras spiraux de la Voie lactée. Chaque bras porte le nom des constellations qui y existent.
Les astronomes pensent que le mouvement de la matière autour du centre galactique crée des ondes de densité (zones de densité élevée et faible), un peu comme vous le voyez lorsque vous mélangez une pâte à gâteau avec un batteur électrique. On pense que ces ondes de densité sont à l'origine de la nature spirale de la galaxie.
Ainsi, en examinant le ciel dans plusieurs longueurs d'onde (radio, infrarouge, visible, ultraviolet, rayons X) avec divers télescopes terrestres et spatiaux, nous pouvons obtenir différentes vues de la Voie lactée.
Tout comme le son aigu d'une sirène de camion de pompiers diminue à mesure que le camion s'éloigne, le mouvement des étoiles affecte les longueurs d'onde de la lumière que nous recevons d'elles. Ce phénomène est appelé effet Doppler.
Nous pouvons mesurer l'effet Doppler en mesurant les raies du spectre d'une étoile et en les comparant au spectre d'une lampe standard. L'ampleur du décalage Doppler nous indique à quelle vitesse l'étoile se déplace par rapport à nous.
De plus, la direction du décalage Doppler peut nous indiquer la direction du mouvement de l'étoile. Si le spectre d’une étoile est déplacé vers l’extrémité bleue, elle se dirige vers nous; si le spectre est décalé vers l'extrémité rouge, l'étoile s'éloigne de nous.
Selon le système de classification de Hubble, la Voie Lactée est une galaxie spirale, bien que des données cartographiques plus récentes indiquent qu'il pourrait s'agir d'une galaxie spirale barrée.
La Voie Lactée compte plus de centaines de milliards d’étoiles individuelles. Son diamètre est d'environ 100 000 années-lumière et le soleil est situé à environ 28 000 années-lumière du centre. Si nous regardons la structure de la Voie Lactée telle qu'elle apparaîtrait de l'extérieur, nous pouvons voir certaines parties.
Le disque de la Voie lactée est constitué d'étoiles anciennes et jeunes, avec une abondance de gaz et de poussière. Les étoiles du disque tournent autour du centre galactique selon des trajectoires quasi circulaires, avec un léger mouvement vertical dû aux interactions gravitationnelles, ressemblant à des chevaux de manège.
Le disque comporte trois régions :le noyau au centre, le renflement autour du noyau s'étendant légèrement au-dessus et au-dessous du plan du disque et les bras spiraux rayonnant vers l'extérieur. Notre système solaire est situé dans l’un de ces bras, plus précisément le bras d’Orion. Les autres armes incluent le bras Persée, le bras Sagittaire et le bras Scutum-Centaure.
Plusieurs centaines d'amas globulaires sont dispersés au-dessus et au-dessous du plan du disque galactique, en orbite autour du centre galactique selon des trajectoires elliptiques avec des directions dispersées de manière aléatoire.
Les étoiles de ces amas sont nettement plus anciennes que celles du disque galactique, et les amas contiennent peu ou pas de gaz et de poussière.
Le halo, une vaste zone sombre entourant la galaxie, comprend des gaz chauds, de la matière noire et de vieilles étoiles. Malgré la masse apparente dans le disque et au centre de la galaxie, les études de courbe de rotation révèlent que la majeure partie de la masse réside dans le halo, faisant allusion à la présence de matière noire.
La gravité de la Voie lactée affecte deux galaxies satellites, les Grands et Petits Nuages de Magellan, visibles depuis l'hémisphère sud et orbitant à différentes positions autour de l'ensemble de notre galaxie.
Le Grand Nuage de Magellan, d'un diamètre d'environ 14 000 années-lumière et situé à 163 000 années-lumière, pourrait perdre du gaz et de la poussière au profit de la Voie lactée en raison des interactions gravitationnelles.
Les astronomes utilisent des appareils tels que des photomètres sur les télescopes pour mesurer la luminosité d'une étoile. Connaître la luminosité et la distance d'une étoile leur permet de calculer sa luminosité à l'aide de la formule :luminosité =luminosité x 12,57 x (distance)².
La luminosité peut également indiquer la distance entre une étoile et la Terre. Des étoiles comme les variables RR Lyrae et Cepheid, qui changent de luminosité de manière prévisible, servent de référence.
Pour déterminer les luminosités des amas globulaires, Shapely a mesuré les périodes de luminosité des étoiles RR Lyrae dans les amas. Une fois qu'il connaissait les luminosités, il pouvait calculer leurs distances à la Terre.
Nous avons mentionné plus tôt que les astronomes avaient estimé le nombre d'étoiles dans la Voie Lactée à partir de mesures de la masse de la galaxie. Mais comment mesurer la masse d’une galaxie ? On ne peut évidemment pas le mettre sur une balance. Au lieu de cela, vous utilisez son mouvement orbital.
À partir de la version de Newton de la troisième loi du mouvement planétaire de Kepler, de la vitesse orbitale d'un objet en orbite circulaire et d'un peu d'algèbre, vous pouvez dériver une équation pour calculer la quantité de masse (Mr) qui se trouve dans toute orbite circulaire avec un rayon (r ):
Pour la Voie Lactée, le soleil se trouve à une distance de 2,6 x 10²⁰ mètres (28 000 années-lumière) et a une vitesse orbitale de 2,2 x 10⁵ mètres/seconde (220 km/s), nous obtenons que 2 x 10⁴⁹ kg se trouvent à moins de l'orbite du soleil.
Puisque la masse du soleil est de 2 x 10³⁰, il doit y avoir 10¹¹, soit environ 100 milliards de masses solaires (étoiles semblables au soleil) sur son orbite. Lorsque nous ajoutons la partie de la Voie lactée située en dehors de l’orbite du soleil, nous obtenons environ 200 milliards d’étoiles.
Cet article a été mis à jour en collaboration avec la technologie de l'IA, puis vérifié et édité par un éditeur HowStuffWorks.
