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L’évolution des galaxies

Herschel va nous permettre de mesurer sans ambiguïté la quantité d’étoiles qui naissent dans l’univers à chaque instant de son histoire, d’il y a 10 milliards d’années jusqu’à nos jours. Herschel étudiera en détail la composition du milieu interstellaire des galaxies en se concentrant particulièrement sur la poussière interstellaire qui masque la naissance des étoiles

Les différentes formes de galaxies

Une galaxie est un ensemble d’étoiles, de gaz, de poussière et de matière sombre. Pris ensemble, la poussière et le gaz forment ce qu’on appelle le milieu interstellaire.  Il existe une grande diversité de tailles et de formes de galaxies :

  • Les galaxies elliptiques, pauvres en gaz, qui ont la forme d’une ellipse assez régulière.
  • Les galaxies spirales, qui sont constituées d’un disque fin rempli d’un mélange de gaz, de poussière et d’étoiles, et d’un bulbe plus épais au centre principalement rempli d’étoiles. C’est dans le disque qu’apparaissent des bras spiraux plus ou moins nombreux et plus ou moins marqués. La Voie Lactée appartient à cette catégorie.
  • Les galaxies irrégulières, souvent petites et peu massives, riches en gaz et pauvres en étoiles.
Parmi ces catégories figurent les galaxies naines. Les propriétés des galaxies naines sont très importantes parce que les astronomes suggèrent que les galaxies plus massives comme la nôtre sont issues de fusion de ces petites galaxies..

Bestiaire des galaxies.
Crédit : NASA - Spitzer SINGS

Le milieu interstellaire

L'espace entre les étoiles dans une galaxie n’est pas vide. C’est le milieu interstellaire. Il est rempli d’un gaz de très faible densité. Si faible dans la plupart de l'espace que cette densité est inférieure à celle du vide réalisé dans des laboratoires sur Terre. Pour comparaison, l'air autour de nous a une masse volumique de 1 g par litre (un litre d'air pèse 1 gramme) soit 1022 molécules par litre. Le vide en laboratoire correspond à 10-13 g par litre, soit encore 1 million de molécules par litre. Dans le milieu interstellaire la masse volumique descend à 10-21 g par litre, soit 100 à 1000 atomes par litre. Même si le nombre de particules par volume est très faible, la masse de cette matière entre les étoiles est très importante, parce que les distances, et donc le volume, entre les étoiles sont énormes. En conséquence, le milieu interstellaire représente une fraction de la masse d'une galaxie qui est souvent supérieure à celle correspondant à la somme des masses de toutes les étoiles.

Illustration du redshift des galaxies (z). Crédit : CEA / Clefs Illustration du redshift des galaxies (z). Un redshift autour de 20 correspondrait à la naissance des premières étoiles de l'univers. Les premières galaxies apparaîtraient plus tard vers redshift égal 10. Herschel observera l'évolution de la formation stellaire dans les galaxies entre z=1 et z=5.
Crédit : CEA / Clefs

L'astronome historien

Voir loin, c'est voir il y a longtemps : la lumière ne se déplace pas instantanément dans l'espace. Elle se propage à 300 000 km par seconde. Ainsi une particule de lumière (un photon) émis à la surface du soleil à 150 millions de kilomètres mets 500 secondes pour nous atteindre, soit 8 minutes et 20 secondes. On voit donc le soleil tel qu'il était il y a 8 minutes et 20 secondes. Et on dit que soleil se situe à 8 minutes et 20 secondes lumières de la terre.  Plus on regarde loin et plus on perçoit les astres tels qu'ils étaient dans le passé. Ainsi, l'étoile la plus proche de la terre se situe à environ quarante mille milliards de kilomètres ou 40 pétamètres. Sa lumière met 4,22 ans pour nous atteindre. La galaxie d'Andromède, une de nos roches voisines, se trouve à environ 24 000 000 000 000 000 000 km ou 24 zettamètres. Sa lumière met 2,54 millions d'années à nous parvenir. Cela signifie que si on voit une étoile naître « maintenant » dans Andromède, celle-ci est en fait née il y a 2,54 millions d'années. Si elle est très massive, il est fort probable qu'elle soit déjà morte dans une explosion de supernova au moment où nous assistons à sa naissance. Comme l'univers a un début, on ne peut pas observer d'événement qui se soit déroulé avant celui-ci. L'âge de l'univers étant estimé à 13,7 milliard d'années, on ne peut pas voir plus loin que 13,7 milliards d'années lumières : c'est notre horizon. Cela ne veut pas dire que l'univers n'est pas plus grand, cela signifie simplement qu'on ne peut voir au-delà. C'est déjà beaucoup, puisque cela correspond à 130 000 000 000 000 000 000 000 km ou 130 yottamètres.

Résultats

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  • Que trouve-t-on entre les étoiles dans une galaxie ?
    [20:15] Sacha Hony
  • Quelle est l’histoire de la formation des étoiles dans l’univers ?
    [20:18] Hervé Aussel
  • Chiffres clés :
    Notre galaxie, la Voie Lactée

    Population ≈ 100 Md d'étoiles
    Diamètre 100000 années lumières
    Masse 100 Md x
    la masse du soleil
    Age    Univers : 13,7 Md d'années
    1 année lumière=1016m

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