Notes sur les galaxies en astronomie: bras spiral, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez10 January 2014

Notes sur les galaxies en astronomie: bras spiral, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur les galaxies en astronomie: bras spiral. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: les galaxies spirales, les diffèrentes théories.
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De tous les types, les galaxies spirales sont probablement les plus magnifiques. L'origine de la

structure spirale reste encore de nos jours un grand sujet d'étude. La première tentative

d'explication consistait à dire que la forme spirale était due à la rotation différentielle de la

galaxie. Ainsi, les parties internes tournaient plus vite que les parties externes, et la structure

spirale apparaissait tout naturellement avec le temps. Malheureusement pour cette hypothèse,

les bras auraient fini par s'enrouler sur eux-mêmes tout en s'étirant. De cette façon, ils auraient

rempli toute la galaxie en un temps de l'ordre du milliard d'années, ce qui est incompatible avec

les observations actuelles.

La galaxie spirale barrée Messier 83, située à 15 millions d'années-lumière (constellation de l'Hydre).

Crédit : ESO/VLT

Depuis, d'autres théories ont fait leur apparition. La première est celle des ondes de densité,

développée par Bertil Lindblad. Nous savons qu'une onde sonore correspond à des variations

périodiques de la pression d'un gaz. De façon similaire, les ondes de densité consistent en des

variations de la densité de matière. Dans cette vision des choses, les bras spiraux ne sont pas

liés à des étoiles données, ce sont simplement des régions où la matière est temporairement

concentrée. Ainsi, les bras peuvent se déplacer en bloc, indépendamment de la matière, ce qui

explique que leur forme ne change pas avec le temps. Comme la densité de matière est élevée

dans les bras, le gaz s'y trouve comprimé, ce qui provoque l'effondrement de nuages

moléculaires et laformation d'étoiles massives et brillantes. Au contraire, entre les bras, se

trouvent des régions de faible densité, sans étoiles massives, qui sont donc beaucoup moins

visibles. Cette théorie explique l'existence de bras spiraux, mais elle présente deux difficultés.

D'abord, elle n'explique pas le phénomène qui donne naissance aux ondes de densité, ensuite,

elle n'explique pas comment les ondes de densité sont entretenues alors qu'elles devraient

avoir tendance à se dissiper au bout de quelques millions d'années.

Une deuxième théorie est celle de l'autopropagation de la formation d'étoiles. Les étoiles

massives achèvent leur existence par de formidables explosions qui peuvent déclencher

l'effondrement de nuages moléculaires et donc la formation de nouvelles étoiles massives. Si les

premières étoiles sont alignées le long d'un bras spiral, les nuages moléculaires qui

s'effondrent et les nouvelles étoiles formées le sont également. Plus tard, ces dernières

exploseront à leur tour et donneront naissance à une nouvelle série, toujours dans le même

bras. De cette façon, la forme du bras spiral se conserve de génération en génération d'étoiles.

Évidemment, cela n'explique pas l'origine première de la forme spirale, mais il ne s'agit pas d'un

problème trop sérieux. En effet, les premières étoiles peuvent très bien apparaître lors de

collisions aléatoires entre nuages moléculaires et la forme spirale naître par suite de la rotation

différentielle de la galaxie.

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La galaxie spirale NGC 1350 observée par le VLT en 2005. Crédit : ESO/VLT

Laquelle des deux théories est la bonne ? Il semble en fait que les deux mécanismes existent et

qu'ils donnent lieu à des types différents de spirales. Les ondes de densité sont probablement

en jeu dans les galaxies possédant des bras spiraux fins, nets et clairement définis. C'est en

particulier le cas dans les spirales qui possèdent une barre centrale capable d'entretenir le

phénomène ou dans celles qui ont subi des interactions gravitationnelles avec d'autres galaxies.

L'autopropagation de la formation d'étoiles serait quant à elle plutôt en cause dans les galaxies

qui présentent des bras spiraux incomplets, épais ou mal définis.

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