Comprendre · Autres galaxies
Types de galaxies — forme et angle de vue
Une galaxie n’est pas une nébuleuse isolée mais un système de cent milliards d’étoiles, de gaz, de poussière et de matière noire. Sur une photographie se superposent deux choses : sa structure spatiale et l’angle sous lequel nous la regardons par hasard. Qui sépare les deux lit bien plus dans une image — et affirme moins de choses fausses.
Le diapason de Hubble
En 1926, Edwin Hubble classa les galaxies d’après leur apparence : à gauche les elliptiques lisses, de rondes (E0) à très aplaties (E7), à droite les spirales, réparties sur deux branches — spirales ordinaires (Sa à Sc) et spirales barrées (SBa à SBc). À la jonction se trouvent les galaxies lenticulaires S0 : un disque sans bras reconnaissables. Ce qui n’entre dans aucun schéma est dit irrégulier. De Sa à Sc, la région centrale rétrécit, les bras s’ouvrent et deviennent plus noueux. Gérard de Vaucouleurs affina plus tard le schéma par des stades intermédiaires (SAB pour les barres faibles, les anneaux, les classes Sd et Sm). Hubble (1926) : Extra-galactic nebulae
Ce qui se cache derrière les formes
Derrière la classification se trouvent deux manières différentes dont les étoiles maintiennent leur galaxie. Dans un disque, toutes les étoiles tournent dans le même sens sur des orbites presque circulaires — la rotation porte le système, comme pour les planètes autour du Soleil. C’est pourquoi un disque est mince : ses étoiles ont peu de mouvement perpendiculaire au plan. Dans une galaxie elliptique, au contraire, les étoiles volent en tous sens, chacune sur sa propre orbite, souvent très excentrique. Le système n’est pas soutenu par la rotation mais par ce mouvement désordonné qui s’oppose à sa propre gravité — un peu comme la pression du gaz soutient une étoile. De tels systèmes sont ronds ou ellipsoïdaux, jamais plats comme un disque.
Le contenu des galaxies en découle. Les disques possèdent du gaz froid et de la poussière dont naissent encore des étoiles ; leurs bras brillent donc en bleu et sont parsemés de régions H II rouges. Les elliptiques ont largement perdu ou épuisé leur gaz froid. Elles se composent surtout de vieilles étoiles et brillent d’un jaune à rougeâtre — non parce qu’elles seraient froides, mais parce que les étoiles bleues, chaudes et éphémères se sont éteintes depuis longtemps. Comment naissent ces deux plans de construction, c’est le sujet de l’article sur l’évolution des galaxies.
Les barres : la règle, non l’exception
Une barre n’est pas un corps étranger mais une instabilité du disque lui-même : quand assez d’étoiles parcourent des orbites allongées qui se renforcent mutuellement, une tige tournante d’étoiles se forme à travers le centre. Dans le proche infrarouge, où la poussière gêne peu, environ deux tiers des spirales montrent une barre — notre Voie lactée aussi est une spirale barrée de type SBbc. Les barres importent parce qu’elles redistribuent le gaz : celui-ci perd du moment cinétique le long des flancs de la barre et s’écoule vers l’intérieur, où il alimente des anneaux de formation stellaire ou un trou noir central. C’est exactement ce qu’on étudie dans NGC 6951, dont le petit anneau nucléaire de jeunes étoiles n’est qu’à quelques centaines de parsecs du centre. Sur notre image, cet anneau n’est pas résolu ; la barre elle-même apparaît comme le centre brillant allongé d’où partent les bras. ESA/Hubble : NGC 6951
La perspective change le portrait
Un disque change complètement d’aspect selon son inclinaison. Vu de face, c’est un cercle ; de biais, une ellipse ; par la tranche, un trait. Comme un disque stellaire est très mince par rapport à son diamètre, le rapport des axes de l’ellipse trahit presque directement l’inclinaison : le petit axe divisé par le grand axe vaut à peu près le cosinus de l’inclinaison. Une galaxie qui paraît deux fois moins large que longue est inclinée d’environ 60 degrés. Ce n’est que tout près de la tranche que la règle atteint sa limite, car le disque montre alors sa propre épaisseur — dans NGC 891, nous voyons exactement cette épaisseur, avec la bande de poussière qui coupe le disque dans sa longueur.
L’inclinaison décide aussi de ce qui devient visible dans l’image. À faible inclinaison, les bras s’étalent devant nous, mais la bande de poussière se remarque à peine, car nous regardons à travers le disque mince. À forte inclinaison, les bras se superposent et deviennent indéchiffrables — mais la poussière du disque vient s’interposer devant la lumière des étoiles comme une bande sombre, car nous traversons désormais des milliers d’années-lumière de disque dans sa longueur. NGC 891 passe ainsi pour l’image que donnerait notre Voie lactée vue de l’extérieur : taille comparable, type comparable, vue par la tranche. Que la Voie lactée elle-même traverse notre ciel comme une bande aux déchirures sombres, c’est la même géométrie vue de l’intérieur. Hubble : NGC 891 par la tranche
Ce que la couleur révèle — et ce qu’elle ne révèle pas
Les zones bleues et brillantes des bras proviennent de jeunes étoiles massives qui ne vivent que quelques millions d’années ; là où elles brillent, la formation d’étoiles est en cours. Les nœuds rosés sont des régions H II — de l’hydrogène que ces étoiles font briller. Une région centrale jaunâtre contient surtout des étoiles âgées, dont les bleues ont disparu depuis longtemps. Jusque-là, la règle empirique de l’article sur la vie des étoiles tient. Mais une photographie n’est pas une mesure : la poussière rougit la lumière des étoiles situées derrière elle, filtres et traitement déplacent les couleurs, et une image à large bande ne distingue pas une étoile de dix millions d’années d’une autre de cent millions. Cartes d’âge et taux de formation stellaire exigent des spectres et des mesures multicolores. L’image montre où quelque chose se passe — pas combien. Hubble : Galaxies
Illustration générée par IA : de gauche à droite, galaxie spirale, spirale barrée, lenticulaire et elliptique. Les formes ne représentent ni une série de tailles ni une chronologie évolutive. Les galaxies irrégulières ne sont pas représentées. Cette image est générée par IA — ce n’est pas une photographie mais une visualisation.
Quelques points à connaître :
- Types « précoces » et « tardifs » : une erreur historique. Les elliptiques s’appellent encore « early type » et les spirales « late type », parce qu’on crut un temps que les galaxies migraient avec l’âge de gauche à droite du diapason. C’est plutôt l’inverse : quand des spirales fusionnent, il en résulte souvent une elliptique.
- Les naines sont la majorité. Les grandes spirales et elliptiques voyantes sont une minorité numérique. La plupart des galaxies sont des naines peu lumineuses — dans le Groupe local, trois grandes spirales côtoient des dizaines de naines comme M 32 et M 110.
- Classer est affaire de jugement. L’attribution de Sa, Sb ou Sc se fait à l’œil et dépend de l’angle de vue, de l’exposition et de la longueur d’onde. Le projet de science participative Galaxy Zoo a donc fait classer des centaines de milliers de galaxies indépendamment par de nombreuses personnes. Galaxy Zoo
- La Voie lactée est une spirale barrée. Type SBbc, avec une barre de quelques dizaines de milliers d’années-lumière que nous ne pouvons détecter depuis le Soleil qu’indirectement — par les mouvements et la répartition des étoiles du centre.
- Les lenticulaires ne sont pas des « spirales sans bras ». Elles ont un disque, mais presque plus de gaz. Beaucoup sont probablement des spirales qui ont perdu leur gaz dans des amas de galaxies — voir l’article sur les assemblées de galaxies.
Dans mon propre ciel
La galerie couvre désormais une bonne partie du diapason — et surtout presque toutes les inclinaisons :
