L'observatoire à rayons X Chandra a détecté un halo de gaz bleu chaud autour de la galaxie NGC 5746. Voir plus d'images de poussière spatiale. Photo avec l'aimable autorisation de la NASA/Chandra X-ray Observatory Quand tu regardes le ciel nocturne, surtout en été, vous verrez une faible bande d'étoiles réparties sur tout le milieu du ciel. Cette bande d'étoiles est notre galaxie , la voie Lactée. Le soleil n'est qu'une des quelque 200 milliards d'étoiles de la Voie lactée, qui n'est qu'une des milliards de galaxies de l'univers. Une galaxie est un grand système d'étoiles, gaz (principalement de l'hydrogène), la poussière et la matière noire qui orbitent autour d'un centre commun et sont liées par la gravité - elles ont été décrites comme des "univers insulaires". Les galaxies existent en plusieurs tailles et formes. Nous savons qu'ils sont très anciens et se sont formés au début de l'évolution de l'univers. Pourtant, comment ils se sont formés et ont évolué dans leurs diverses formes reste un mystère.
Lorsque les astronomes explorent les confins de l'univers avec de puissants télescopes, ils voient des myriades de galaxies. Les galaxies sont éloignées les unes des autres et s'éloignent constamment les unes des autres au fur et à mesure que notre univers s'étend. Par ailleurs, les galaxies sont organisées en grands amas et autres structures, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour la structure globale, formation et destin de l'univers.
Certaines galaxies, appelé galaxies actives , émettent d'énormes quantités d'énergie sous forme de rayonnement. Ils peuvent avoir des structures exotiques telles que des trous noirs supermassifs en leur centre. Les galaxies actives représentent un domaine important de la recherche astronomique.
Dans cet article, nous découvrirons comment les galaxies ont été découvertes et quels types existent, de quoi ils sont faits, leurs structures internes, comment ils se forment et évoluent, comment ils sont distribués à travers l'univers, et comment les galaxies actives pourraient émettre autant d'énergie.
Relation luminosité-distanceLes astronomes (professionnels ou amateurs) peuvent mesurer la luminosité d'une étoile (la quantité de lumière qu'elle émet) en utilisant un photomètre ou dispositif à couplage de charge à l'extrémité d'un télescope. S'ils connaissent la luminosité de l'étoile et la distance à l'étoile, ils peuvent calculer sa luminosité - la quantité d'énergie qu'il émet ( luminosité =luminosité x 12,57 x (distance) 2 ). Inversement, si vous connaissez la luminosité d'une étoile, vous pouvez calculer sa distance.
Contenu
2008 HowStuffWorks Les galaxies sont disponibles dans une variété de tailles et de formes. Ils peuvent avoir aussi peu que 10 millions d'étoiles ou jusqu'à 10 000 milliards (la Voie lactée compte environ 200 milliards d'étoiles). En 1936, Edwin Hubble a classé les formes de galaxies dans le Séquence de Hubble .
Les galaxies spirales ont les structures les plus complexes. Voici une vue de la Voie lactée telle qu'elle apparaîtrait de l'extérieur.
2008 HowStuffWorks Tous ces composants sont en orbite autour du noyau et sont maintenus ensemble par gravité. Parce que la gravité dépend de la masse, vous pourriez penser que la majeure partie de la masse d'une galaxie se trouverait dans le disque galactique ou près du centre du disque. Cependant, en étudiant les courbes de rotation de la Voie lactée et d'autres galaxies, les astronomes ont conclu que la majeure partie de la masse se trouve dans les parties externes de la galaxie (comme le halo), où il y a peu de lumière émise par les étoiles ou les gaz.
Sur la page suivante, nous allons nous promener dans l'histoire des galaxies.
Regardons l'histoire des galaxies en astronomie.
Il existe encore de nombreux mystères entourant la formation des galaxies, mais à la page suivante, nous expliquerons certaines des meilleures théories à ce sujet.
À des années-lumière
Les galaxies sont éloignées les unes des autres. La galaxie d'Andromède, qui est aussi appelé M31 (objet Messier #31), est la galaxie la plus proche de nous, à 2,2 millions d'années-lumière. Les astronomes mesurent généralement les distances intergalactiques en termes de mégaparsecs :
un parsec =3,26 années-lumière
un million de parsecs =un mégaparsec
un mégaparsec (Mpc) =3,26 millions d'années-lumière
Les galaxies visibles les plus éloignées sont environ 3, 000 Mpc loin, soit environ 10 milliards d'années-lumière.
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2008 HowStuffWorks Nous ne savons vraiment pas comment les différentes galaxies se sont formées et ont pris les nombreuses formes que nous voyons aujourd'hui. Mais nous avons quelques idées sur leurs origines et leur évolution.
Regardons la période de formation des galaxies.
les observations d'Edwin Hubble, Et subséquente Loi Hubble (que nous expliquerons plus tard), a conduit à l'idée que l'univers est en expansion. Nous pouvons estimer l'âge de l'univers en fonction du taux d'expansion. Parce que certaines galaxies sont à des milliards d'années-lumière de nous, nous pouvons discerner qu'ils se sont formés assez peu de temps après le big bang (en regardant plus profondément dans l'espace, vous voyez plus loin dans le temps). La plupart des galaxies se sont formées tôt, mais les données du télescope Galaxy Explorer (GALEX) de la NASA indiquent que certaines nouvelles galaxies se sont formées relativement récemment, au cours des derniers milliards d'années.
La plupart des théories sur l'univers primitif font deux hypothèses :
A partir de ces hypothèses, les astronomes pensent que les zones plus denses ont légèrement ralenti l'expansion, permettant au gaz de s'accumuler dans de petits nuages protogalactiques . Dans ces nuages, la gravité a provoqué l'effondrement du gaz et de la poussière et la formation d'étoiles. Ces étoiles se sont rapidement consumées et sont devenues des amas globulaires, mais la gravité a continué à effondrer les nuages. Alors que les nuages s'effondraient, ils formaient des disques rotatifs. Les disques rotatifs ont attiré plus de gaz et de poussière avec la gravité et ont formé des disques galactiques. A l'intérieur du disque galactique, de nouvelles étoiles se sont formées. Ce qui restait à la périphérie du nuage d'origine étaient des amas globulaires et le halo composé de gaz, poussière et matière noire.
Deux facteurs de ce processus pourraient expliquer les différences entre les galaxies elliptiques et spirales :
2008 HowStuffWorks Les galaxies n'agissent pas seules. Les distances entre les galaxies semblent grandes, mais les diamètres des galaxies sont aussi grands. Par rapport aux étoiles, les galaxies sont relativement proches les unes des autres. Ils peuvent interagir et, plus important, entrer en collision. Quand les galaxies entrent en collision, elles se traversent en fait - les étoiles à l'intérieur ne se heurtent pas à cause des énormes distances interstellaires. Mais les collisions ont tendance à déformer la forme d'une galaxie. Les modèles informatiques montrent que les collisions entre galaxies spirales ont tendance à devenir elliptiques (donc, les galaxies spirales n'ont probablement été impliquées dans aucune collision). Les scientifiques estiment que jusqu'à la moitié de toutes les galaxies ont été impliquées dans une sorte de collision.
Les interactions gravitationnelles entre les galaxies en collision pourraient provoquer plusieurs choses :
Donc, les galaxies flottent-elles simplement dans l'espace ou une force invisible régule-t-elle leur mouvement ? Et que se passe-t-il lorsqu'ils se croisent ? Découvrez-le à la page suivante.
2008 HowStuffWorks Les galaxies ne sont pas réparties au hasard dans tout l'univers - elles ont tendance à exister dans amas galactiques . Les galaxies de ces amas sont liées gravitationnellement et s'influencent mutuellement.
Lorsque les astronomes Margaret Geller et Emilio E. Falco ont tracé les positions des galaxies et des amas galactiques dans l'univers, il est devenu clair que les amas et superamas galactiques ne sont pas distribués au hasard. Ils sont en fait regroupés dans des murs (fils longs) entrecoupés de vides , qui donne à l'univers une structure semblable à une toile d'araignée.
Les milieu intergalactique -- l'espace entre les galaxies et les amas de galaxies -- n'est pas entièrement vide. Nous ne connaissons pas la nature exacte du milieu intergalactique, mais il contient probablement une densité de gaz relativement faible. La majeure partie du milieu intergalactique est froide (environ 2 degrés Kelvin), mais des observations récentes aux rayons X suggèrent que certaines zones sont chaudes (des millions de degrés Kelvin) et riches en métaux. L'un des domaines actifs de la recherche astronomique aujourd'hui vise à déterminer la nature du milieu intergalactique - cela peut nous aider à comprendre exactement comment l'univers a commencé et comment les galaxies se forment et évoluent.
Regardons une dernière propriété concernant les galaxies et leurs distributions. Pour ses mesures de distances galactiques, Edwin Hubble a étudié les spectres de lumière émis par les galaxies. Dans tous les cas, il a noté que les spectres étaient Doppler décalé à l'extrémité rouge du spectre. Cela indique que l'objet s'éloigne de nous. Hubble a remarqué que, peu importe où il regardait, les galaxies s'éloignaient de nous. Et plus loin la galaxie, plus vite il s'éloignait. En 1929, Hubble a publié un graphique de cette relation, qui est devenu connu sous le nom La loi de Hubble .
Mathématiquement, La loi de Hubble stipule que le vitesse de récession (V) est directement proportionnel à la distance galactique (ré). L'équation est V =HD , où H est le Constante de Hubble , ou constante de proportionnalité. L'estimation la plus récente de H est de 70 kilomètres par seconde par mégaparsec. La loi de Hubble est une preuve majeure que l'univers est en expansion - son travail a formé la base de la théorie du big bang de l'origine de l'univers.
Certaines galaxies crachent des gaz, émettent une lumière intense et ont des trous noirs supermassifs en leur centre. Nous verrons ensuite les galaxies actives.
L'effet DopplerTout 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 en recevons. 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. La quantité de décalage Doppler nous indique à quelle vitesse l'étoile se déplace par rapport à nous. En outre, la direction du décalage Doppler peut nous indiquer la direction du mouvement de l'étoile. Si le spectre d'une étoile est décalé vers l'extrémité bleue, l'étoile se dirige vers nous; si le spectre est décalé vers l'extrémité rouge, l'étoile s'éloigne de nous.
Quand vous regardez une galaxie normale, la majeure partie de la lumière provient des étoiles dans les longueurs d'onde visibles et est uniformément répartie dans toute la galaxie. Cependant, si vous observez des galaxies, vous verrez une lumière intense provenant de leurs noyaux. Et si vous regardez ces mêmes galaxies aux rayons X, ultra-violet, longueurs d'onde infrarouges et radio, ils semblent dégager d'énormes quantités d'énergie, apparemment du noyau. Ceux-ci sont galaxies actives , qui représentent un très faible pourcentage de toutes les galaxies. Il existe quatre classifications de galaxies actives, mais le type que nous observons peut dépendre davantage de notre angle de vue que des différences structurelles.
Pour expliquer les galaxies actives, les scientifiques doivent être capables d'expliquer comment ils émettent de si grandes quantités d'énergie à partir de si petites zones des noyaux galactiques. L'hypothèse la plus acceptée est qu'au centre de chacune de ces galaxies se trouve un trou noir massif ou supermassif. Autour du trou noir se trouve un disque d'accrétion de gaz à rotation rapide entouré d'un torus (un disque de gaz et de poussière en forme de beignet). Lorsque le matériau du disque d'accrétion tombe dans la zone autour du trou noir (le horizon des événements ), il chauffe à des millions de degrés Kelvin et est accéléré vers l'extérieur dans les jets.
Découvert par Carl Seyfert en 1943, ces galaxies (2% de toutes les galaxies spirales) ont de larges spectres indiquant des noyaux chauds, gaz ionisé à faible densité. Les noyaux de ces galaxies changent de luminosité toutes les quelques semaines, nous savons donc que les objets au centre doivent être relativement petits (environ la taille d'un système solaire). En utilisant les décalages Doppler, les astronomes ont remarqué que les vitesses au centre des galaxies de Seyfert sont environ 30 fois supérieures à celles des galaxies normales.
Les radiogalaxies sont elliptiques (0,01% de toutes les galaxies sont des radiogalaxies). Leurs noyaux émettent des jets de gaz à grande vitesse (proche de la vitesse de la lumière) au-dessus et au-dessous de la galaxie - les jets interagissent avec les champs magnétiques et émettent des signaux radio.
Quasars (objets quasi-stellaires)
Les quasars ont été découverts au début des années 1960. Environ 13, 000 ont été découverts, mais il pourrait y en avoir jusqu'à 100, 000 là-bas [source :A Review of the Universe]. Ils sont à des milliards d'années-lumière de la Voie lactée et sont les objets les plus énergétiques de l'univers. L'extrême luminosité des quasars peut fluctuer sur des périodes de la journée, ce qui indique que l'énergie provient d'une très petite zone. Des milliers de quasars ont été trouvés, et on pense qu'ils émanent des noyaux de galaxies lointaines.
Les blazars sont un type de galaxie active - environ 1, 000 ont été catalogués [source :A Review of the Universe]. De notre point de vue, nous regardons "de face" le jet émanant de la galaxie. Comme les quasars, leur luminosité peut fluctuer rapidement, parfois en moins d'une journée.
Jetez un œil aux liens sur la page suivante pour plus d'informations sur les galaxies.
Galaxies d'étoilesLa plupart des galaxies ont de faibles taux de formation de nouvelles étoiles - environ une par an. Cependant, galaxies en étoile produisent plus de 100 par an. A ce rythme, les galaxies starburst utilisent tout leur gaz et leur poussière en environ 100 millions d'années, ce qui est court comparé aux milliards d'années que la plupart des galaxies ont existé. Les galaxies Starburst émettent leur lumière intense à partir d'une petite zone d'étoiles nouvellement formées et de supernovae. Donc, les astronomes pensent que les galaxies starburst représentent une courte phase dans la façon dont les galaxies changent et évoluent, peut-être une étape avant de devenir une galaxie active.
Publié à l'origine:7 février 2008
