Collision de galaxies

Commençons par définir ce qu’est une galaxie. Une galaxie est un ensemble d’étoiles de poussière et de gaz dont la cohésion est assurée par la force gravitationnelle. Elle peut avoir différentes formes et tailles. En effet il existe différents types de galaxies : - Les galaxies spirales dont le centre est rouge mais le disque et les bras sont bleus. Elles ont beaucoup de poussière et un disque en rotation. Elles se situent le plus souvent en dehors des amas de galaxies. - Les galaxies elliptiques qui sont rouges et de forme ovale. Elles n’ont que peu voire pas de lignes de poussières. Elles ont une très faible rotation et se situent souvent dans des amas de galaxies. - Les galaxies naines, les plus nombreuses dans l’Univers, sont bleues et très poussiéreuses. Elles sont très asymétriques, en rotation et se situent en dehors des amas. - Et enfin les galaxies lenticulaires qui sont un mélange entre les galaxies spirales et elliptiques.

Notre système solaire est compris dans la galaxie appelée Voie Lactée qui est une galaxie spirale barrée (galaxie spirale dont les bras spiraux n’émergent pas du centre de la galaxie, mais d’une bande d’étoiles traversant ce centre). De plus, la galaxie la plus proche de nous est la galaxie d’Andromède qui est elle aussi une galaxie spirale. Elles sont tellement « proche », qu’il a été prédit avec certitude que ces deux galaxies vont entrer en collisions dans environ 4 milliards d’années. Que se passera-t-il lors de cette collision ? La réponse à cette question dépend de plusieurs facteurs tels que la vitesse des galaxies, le mouvement et leur taille.

Attraction des galaxies[modifier | modifier le wikicode]

Les galaxies sont des êtres sociaux, se trouvant la plupart du temps en groupes notamment dans les amas. Les interactions sont alors fréquentes, et il n'est pas rare que deux galaxies fusionnent pour en former une plus grosse. Ce sont les forces gravitationnelles qui dominent dans les interactions entre galaxies, et notamment les forces de marées.

La gravitée

Comment 2 galaxies s’attirent-t-elles ? Ceci est dû essentiellement à la gravitation. Cette force dépend de la masse des galaxies, qui est extrêmement élevée, et de la distance séparant deux galaxies. Ainsi, si ces dernières sont suffisamment proches elles vont s’attirer par le biais de la gravitation et entrer en collision. Lors du rapprochement des galaxies, d’autres forces vont agir sur celles-ci, ce sont les forces de marées.

Les Forces de Marées[modifier | modifier le wikicode]

Mais c’est quoi une force de marée ? Prenons pour exemple La Terre et La Lune : Imaginons l’effet de la force de gravité exercée par la Lune sur différents points de la Terre. Le point de la surface terrestre qui fait face à la Lune est plus proche d’elle que le centre de la Terre et la force de gravité y est donc plus forte. Le point de la surface terrestre dans la direction opposée à la Lune est plus éloigné d’elle que le centre de la Terre et la force de gravité y est donc plus faible. Il faut soustraire la valeur de référence (la force de gravitation de la Lune au centre de la Terre) à la valeur de la force en un point donné pour déterminer l’effet local de la gravité lunaire. Après cette soustraction, on voit qu’il y a un résidu de force qui attire le point face à la Lune vers elle et un résidu de force qui repousse l’autre point dans une direction opposée à la Lune. Un raisonnement similaire s’applique aux directions perpendiculaires à celle de la Lune, mais les résidus de force gravitationnelle pointent alors vers le centre de la Terre.

La Terre subit donc des forces qui l’étirent dans la direction de la Lune et la compriment dans la direction des pôles. C’est la partie la moins rigide de notre planète qui en subit les effets à savoir les océans. Comme ils sont liquides, ils réagissent facilement à l’influence de la gravité locale. C’est ce qu’on appelle le phénomène de marée. Revenons en maintenant aux galaxies. Les forces de marées produisent un étirement symétrique de chaque côté d'un disque galactique, qui, par rotation, s'enroule ensuite en forme de spirale.

Les deux galaxies entrent alors dans un « tango » cosmique qui les amènera à se rencontrer plusieurs fois avant de fusionner complètement. Il en résulte deux longs serpentins de matière, de plus de 50 000 années-lumière de long chacun, tirés de chaque galaxie par les forces de marées. C’est pourquoi, on les appelle « queues de marées ».

Pour créer de telles déformations et étirer les « queues de marée », il faut beaucoup d'énergie. Celle-ci est prise notamment sur l’énergie cinétique des deux galaxies. Autrement dit les deux galaxies sont freinées dans leurs orbites, et tombent l'une sur l'autre en « spiralant ». Après deux ou trois révolutions, les galaxies fusionnent et forment un résidu d'étoiles, qui prend une forme sphéroïdale plus ou moins aplatie. On pense que c’est ainsi que se forment généralement les galaxies elliptiques. Si la fusion est récente, les queues de marées, ainsi que d’autres débris sont encore visibles pendant un ou deux milliards d'années. Que se passe-t-il exactement lors de cette fusion ?

Le phénomène de « Starburst »[modifier | modifier le wikicode]

Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, la collision de deux galaxies ne donne pas lieu à une grande catastrophe cosmique. Après qu’il y ait eu une attraction entre deux galaxies, s’il n’y a pas eu juste une collision, ces dernières vont fusionner. La fusion de galaxies est un phénomène magnifique. Ici lorsque l’on parle de fusion on ne veut pas dire que les corps vont passer de l’état solide a l’état liquide. La fusion de Galaxie signifie que les deux galaxies en attraction vont se mélanger pour n’en former qu’une seule. Seulement les deux galaxies vont fusionner d’après plusieurs facteurs comme leur vitesse de rotation, leur masse, leur taille ou leur composition. De plus elles ne vont pas simplement se mélanger comme on mélange les ingrédients d’un gâteau.

Comme il a été dit précédemment une galaxie est en grande partie composée d’étoiles, de gaz et de poussières. Cependant les étoiles des deux galaxies ne vont que très rarement entrer en collision. En effet, celles-ci sont trop éloignées les unes des autres (des milliers de milliards de kilomètres). En ce qui concerne les gaz et les poussières des deux entités, eux vont se mélanger et interagir. On a déjà vu l’effet des forces de marées qui étirent ces derniers des disques galactiques pour former des queues de marées. Mais, lorsque les galaxies vont se rapprocher il va se produire des frictions entre les gaz et les poussière les composants. Plus les galaxies seront proches et plus les gaz en interactions vont se concentrer dans un petit volume et ce phénomène va mener à la création de nouvelles étoiles. C’est ce qu’on appelle le phénomène de « flambées de formation d’étoiles » (« starburst » en anglais)

Ce Starburst est propre à la fusion de galaxies. A l’intérieur d’un starburst règne un environnement extrême. Les récentes découvertes, notamment dû à l’astronomie infrarouge, nous en apprennent plus sur ce phénomène. Les ondes infrarouges sont émises par certains objets astronomiques. La gamme de longueur d’onde de l’infrarouge se situe entre 800 et 1400 nanomètres tandis que la lumière visible par l’homme se situe elle entre 400 et 800 nanomètres. Le satellite IRAS détecta en 1983 de nombreuses sources caractérisées par une très forte luminosité dans l’infrarouge, chacune étant semblable à celle d’un quasar. Un quasar est une galaxie très énergétique. Ce sont les entités les plus lumineuses de l'Univers. Les images obtenues par le satellite montrèrent qu’il s’agissait en fait de galaxies spirales en interaction. L’émission infrarouge était localisée au centre de ces galaxies, mais dans une région d’une taille de plusieurs milliers d’années-lumière, bien plus grande que celle des quasars. Une étude poussée de ces galaxies a permis de comprendre les phénomènes en jeu. Les régions centrales de ces galaxies sont le lieu de formations d’étoiles intenses et rapides. Celles-ci ne sont pas visibles, car elles sont encore enveloppées dans leurs nuages moléculaires. Mais la poussière de ces nuages absorbe le rayonnement ultraviolet des étoiles et le réémet sous forme infrarouge. La masse de gaz transformée en étoiles et la rapidité de la formation sont bien plus grandes que dans une galaxie comme la nôtre. A ce rythme, les starburst ne peuvent durer que quelques dizaines de millions d’années, ce qui est très court par rapport à l’âge des galaxies.

Ces starburst se caractérisent par des taches mouchetées de bleu vif de par les étoiles massives, lumineuses et chaudes qui se sont formées. Cependant, ces étoiles ont une vie « courte » de quelques millions d’années. Elles termineront plus rapidement en supernova. Le résultat de ce processus est qu'après une fusion, les galaxies tendent à avoir des réserves amoindries de gaz, ce qui fait qu'elles ne produisent plus beaucoup d'étoiles après leur fusion. Ainsi, si une galaxie est issue d'une fusion et que des milliards d'années passent, elle n'aura pas beaucoup de jeunes étoiles. Cette galaxie aurait les caractéristiques d’une galaxie elliptique.

Après l’interaction[modifier | modifier le wikicode]

Le phénomène de fusion des galaxies est général. Toutefois il peut concerner deux galaxies très massives de même taille comme une grande et une petite galaxie. Dans le cas où les galaxies concernées sont deux galaxies spirales (de la même taille) on appelle cette fusion, fusion majeure. Ce type de fusion entraîne généralement une grande partie de la poussière et des gaz à passer au travers d’une variété de mécanismes vu précédemment. Ce type de fusion résulterait en la formation d'une galaxie elliptique. Dans le cas où il y a une grande galaxie et une galaxie naine, on appelle ceci une fusion mineure. Souvent, la plus grande galaxie « mange » la plus petite, absorbant l'essentiel de ses éléments. Il en résulterait la formation d’une galaxie spirale un peu plus grosse.

L’analyse des images d’Hubble ainsi que celles prises en infrarouge par l’observatoire spatial Spitzer, et rayons X par XMM Newton et en ultraviolet par GALEX, montre que NGC 2623 est bien constituée de deux galaxies spirales ayant fusionné. Les noyaux des deux galaxies initiales ont eux-mêmes fusionné en un seul noyau. Le processus de formation d’étoiles se poursuit autour du noyau situé au centre et le long des bras galactiques étirées horizontalement des deux côtés.

Les collisions entre galaxies ne sont pas rares dans l'univers, elles étaient même fréquentes au début de son histoire quand elles étaient plus proches les unes des autres. Aujourd'hui, la plupart des galaxies montrent des signes de fusions et de quasi-collisions et la Voie Lactée n'échappe pas à cette règle. Elle a ingurgité plusieurs petites galaxies satellites dans le passé et serait en train d’absorber la galaxie naine du Grand Chien et, éventuellement, les Nuages de Magellan. Elle fusionnera également, dans quatre milliards d'années, avec la galaxie d'Andromède. (Les deux galaxies foncent l’une vers l’autre à une vitesse de plusieurs centaines de kilomètres par seconde).

Bien qu’il soit en gros compris, le phénomène des flambées de formation d’étoiles pose encore de nombreux problèmes, en particulier quant à sa cause. L’hypothèse la plus probable est que lors d’une interaction entre galaxies les forces de marée conduisent à l’accumulation de grandes quantités de gaz dans les régions centrales. Après un certain nombre de phénomènes plus complexes, les étoiles se forment et une galaxie elliptique apparait.

Dans certaines régions du ciel les galaxies se rassemblent en amas denses. Dans l’amas d’Abell, les fusions ont été nombreuses, et les galaxies elliptiques dominent, contrairement à ce qui se passe dans le reste de l'univers. Cependant la plupart des galaxies elliptiques ne résultent pas de collisions de galaxies, mais de collisions entre galaxies et l’amas lui-même. Son gaz chaud exerce une pression sur le gaz de la galaxie entrante et l’arrache. Ainsi cette galaxie ne pourra plus former de nouvelles étoiles.