Messier 63, la Sunflower Galaxy, s’est incliné par rapport à notre ligne de mire, une moitié semblant nettement plus poussiéreuse que l’autre. C’est une galaxie spirale évoluée qui n’a pas eu de fusion majeure récemment, et qui n’est qu’un peu plus spirale (ou floculeuse) que la nôtre. (ESA / HUBBLE & NASA)

Comment était-ce quand la voie lactée a pris forme?

Il y a des milliards d'années, la voie lactée aurait été méconnaissable. Voici comment il a pris sa forme moderne.

La galaxie de la Voie Lactée n’est peut-être qu’un billion de milliards dans l’Univers observable, mais elle est unique en son genre en tant que notre foyer cosmique. Composés de quelques centaines de milliards d’étoiles, d’environ 1 000 milliards de masses solaires de matière noire, d’un trou noir supermassif, et d’une pléthore de gaz et de poussière, nous sommes en quelque sorte typiques des galaxies modernes. Nous ne sommes ni parmi les plus grandes ni les plus petites des galaxies, pas plus que nous ne sommes dans un groupe ultra-massif ou isolés.

Ce qui nous rend spécial, cependant, c'est notre évolution. Certaines galaxies grandissent rapidement, épuisent leur énergie et deviennent «rouges et mortes» lorsqu'elles perdent la capacité de former de nouvelles étoiles. Certaines galaxies subissent des fusions majeures, passant de spirales à des elliptiques lorsque cela se produit. Et d'autres connaissent d'énormes perturbations dues aux marées, conduisant à des bras spiraux étendus et distendus. Pas la voie lactée, cependant. Nous avons grandi exactement comme vous le souhaitiez. Voici comment nous en sommes arrivés là.

Le Whirlpool Galaxy (M51) apparaît en rose le long de ses bras en spirale en raison de la formation importante d’étoiles. Dans ce cas particulier, une galaxie voisine en interaction gravitationnelle avec la galaxie de Whirlpool déclenche cette formation d'étoiles, mais toutes les spirales riches en gaz présentent un certain niveau de nouvelle naissance d'étoiles. (NASA, ESA, S. BECKWITH (STSCI) ET L’ÉQUIPE DU PATRIMOINE HUBBLE STSCI / AURA))

À l'heure actuelle, les galaxies telles que la Voie Lactée sont incroyablement communes. Voici quelques propriétés qu'ils affichent généralement:

  • des centaines de milliards d'étoiles,
  • concentré dans une forme de crêpe,
  • entourée d'amas globulaires en forme de halo,
  • contenant des bras spiraux s'étendant radialement vers l'extérieur pendant des dizaines de milliers d'années-lumière,
  • avec un trait central en forme de barre émanant d'une région bombée,
  • une quantité énorme de gaz et de poussière concentrée dans le plan galactique,
  • et les jeunes régions en formation d'étoiles où les gaz et les poussières sont les plus denses.

Un tel béhémoth exerce une formidable attraction gravitationnelle sur tout le reste à proximité. Vous pouvez reconnaître une galaxie comme celle-ci de loin, la lumière stellaire qui en sort étant son cadeau caractéristique. Mais ça ne pouvait pas être comme ça pour toujours. Ce que nous appelons notre univers a commencé avec le Big Bang il y a environ 13,8 milliards d’années, et les galaxies n’ont pas toujours été comme ça. En fait, si nous regardons assez en arrière, nous pouvons voir que les différences commencent à apparaître.

Les galaxies comparables à la Voie Lactée actuelle sont nombreuses, mais les galaxies plus jeunes ressemblant à la Voie Lactée sont intrinsèquement plus petites, plus bleues, plus chaotiques et plus riches en gaz que les galaxies que nous voyons aujourd'hui. Pour les premières galaxies, cet effet va à l'extrême. Aussi loin que nous ayons jamais vu, les galaxies obéissent à ces règles. (NASA ET ESA)

Comparées à la Voie lactée et aux autres galaxies ressemblant à la Voie lactée que nous voyons aujourd'hui, les galaxies étaient:

  • plus jeune, comme en témoigne l’augmentation du nombre de jeunes étoiles,
  • plus bleu, puisque les étoiles les plus bleues meurent les plus rapides,
  • plus petites, car les galaxies se confondent et attirent plus de matière au fil du temps,
  • et moins en spirale, car nous ne voyons que les parties les plus brillantes des galaxies les plus actives, les plus distantes, qui forment des étoiles.

En d’autres termes, notre galaxie aujourd’hui est le résultat de 13,8 milliards d’années d’évolution cosmique au cours desquelles un grand nombre de petites proto-galaxies se sont fusionnées et ont attiré de la matière supplémentaire. Nous sommes ce qui reste après que d’autres innombrables galaxies aient été avalées par nos propres moyens.

La formation d'étoiles, les ponts de gaz et les galaxies de forme irrégulière ne sont que quelques-unes des caractéristiques du groupe 31 compact de Hickson. Les groupes compacts illustrent souvent comment les fusions de galaxies apparaissent à divers stades et dans diverses circonstances. (UTILISATEUR FRIENDLYSTAR DES COMMUNES COMMUNES NASA / STSCI / WIKISKY / HUBBLE ET WIKIMEDIA)

L’histoire de la façon dont nous avons construit notre Voie lactée ressemble à celle de construire une structure géante à partir de LEGO. Seulement, au lieu que les LEGO restent les mêmes dans le temps, ils changent activement de forme alors que nous assemblons notre structure. Ce serait comme si on commençait avec toutes les pièces pour assembler 100 combattants LEGO X-Wing différents et que l'on se retrouvait avec un Star Destroyer lorsque nous avions terminé.

Les galaxies, voyez-vous, ne vous contentez pas de grandir en attirant d’autres galaxies et en fusionnant pour en former de plus grandes. Les galaxies évoluent également, ce qui signifie qu'elles:

  • tourner,
  • forment des étoiles,
  • entonnoir la matière vers le centre,
  • générer des ondes de densité le long de leurs bras en spirale,
  • attirer des matières supplémentaires de l'extérieur de la galaxie le long des filaments cosmiques,
  • et changez de forme et d'orientation en fonction des autres galaxies et de la matière qui y tombe.
Composite multi-longueur d'onde de galaxies en interaction NGC 4038/4039, les Antennes, montrant leurs queues de marée du même nom en radio (blues), les naissances précédentes et récentes en optique (blancs et roses) et une sélection de régions de formation d'étoiles actuelles en mm / submm ( oranges et jaunes). Encadré: premières vues d’essais mm / submm d’ALMA, dans les bandes 3 (orange), 6 (orange) et 7 (jaune), montrant des détails dépassant tous les autres vues dans ces longueurs d’onde. ((NRAO / AUI / NSF); ALMA (ESO / NAOJ / NRAO); HST (NASA, ESA ET B. WHITMORE (STSCI)); J. HIBBARD (NRAO / AUI / NSF); NOAO / AURA / NSF )

Alors que les premières proto-galaxies qui ont fini par devenir la Voie Lactée peuvent s'être formées à peine 200 à 250 millions d'années après le Big Bang, l'évolution cosmique s'est poursuivie tout au long de cette période.

La première étape consistait à former les premières étoiles et amas d'étoiles, ce qui prend environ 100 millions d'années, et est formée à partir du matériau immaculé (hydrogène et hélium) laissé par le Big Bang. Ces amas d'étoiles ont évolué rapidement, entraînant une fin de vie très rapide pour leurs étoiles. Lorsque ces étoiles sont mortes, elles ont pollué le milieu interstellaire avec des éléments lourds qui ont ensuite donné naissance à la deuxième génération d'étoiles. Au bout de 200 à 300 millions d'années, les amas d'étoiles s'étaient fusionnés, donnant naissance aux toutes premières galaxies.

Les galaxies qui subissent actuellement des interactions ou des fusions gravitationnelles forment presque toujours aussi de nouvelles étoiles bleues et brillantes. L'effondrement simple est le moyen de former des étoiles au début, mais la plupart de la formation d'étoiles que nous voyons aujourd'hui résulte d'un processus plus violent. Les formes irrégulières ou perturbées de telles galaxies sont la signature essentielle de ce qui se passe, et les preuves de ces fusions peuvent remonter aussi loin que nos télescopes peuvent actuellement le voir. (NASA, ESA, P. OESCH (UNIVERSITE DE GENEVE) ET M. MONTES (UNIVERSITE DE LA NOUVELLE GALLES DU SUD))

La toile cosmique commence alors à prendre forme. Au fur et à mesure que le temps passe, la gravitation peut atteindre des distances de plus en plus grandes, entraînant la formation d'amas de matière à plus grande échelle. Lorsqu'un bloc plus petit que la galaxie primitive tombe, il se déchire de façon ponctuelle et se dirige doucement vers l'intérieur de la galaxie et lentement, où il peut simplement être absorbé avec le temps.

Ces fusions mineures sont courantes, et jusqu’à environ un tiers de la masse de la galaxie totale entre dans cette catégorie. Toutes les structures internes, telles que les bras en spirale, les régions qui forment des étoiles, une barre ou un renflement doivent rester intactes. Pendant ce temps, le gaz et la poussière supplémentaires fournissent un nouveau carburant pour les nouvelles générations d'étoiles. La formation d'étoiles s'intensifie généralement lors des fusions, même mineures. Pendant les deux ou trois premiers milliards d'années, ce processus était courant.

Lorsque des concentrations importantes de galaxies de taille similaire se produisent dans l’Univers, elles forment de nouvelles étoiles à partir de l’hydrogène et du gaz d’hélium qu’elles contiennent. Cela peut entraîner une très forte augmentation du taux de formation d'étoiles, similaire à celui observé dans la galaxie voisine Henize 2–10, située à 30 millions d'années-lumière. Cette galaxie évoluera probablement, après la fusion, en un elliptique géant. (RAYONS X (NASA / CXC / VIRGINIE / A.REINES ET AL); RADIO (NRAO / AUI / NSF); OPTIQUE (NASA / STSCI))

Mais au fil du temps et de l'expansion de l'Univers, les fusions deviennent en moyenne moins courantes mais plus importantes. Les galaxies s'agglomèrent et se regroupent en groupes de nombreuses tailles différentes, mais peuvent parfois former de grands amas de galaxies avec des centaines, voire des milliers de fois la masse de notre propre groupe local. Ces groupes de galaxies denses comptent parmi les sites les plus spectaculaires de l’Univers, mais ils sont également relativement rares: la majorité de la masse et la majorité des galaxies se trouvent dans de petits groupes comme le nôtre, et non dans les groupes massifs que nous voyons si principalement dans notre univers. Au bout de 4 ou 5 milliards d’années, il est devenu évident que nous ne ferions jamais partie d’un groupe massif.

Il est important que ces fusions restent modestes. Si nous rencontrons une grande, où deux galaxies de taille similaire entrent en collision, elles peuvent induire une énorme explosion de formation d'étoiles, qui peuvent utiliser tout le gaz formant des étoiles disponibles et «mélanger» la matière dans la galaxie.

Le groupe de galaxies Abell 370, ultramassif et dynamique, se confond avec la masse gravitationnelle (principalement de la matière noire) inférée en bleu. De nombreuses galaxies elliptiques se trouvent à l'intérieur de grappes gigantesques comme celle-ci, à la suite de fusions majeures survenues il y a des milliards d'années. Il existe encore un grand nombre de spirales, la masse totale de cet amas de galaxies pouvant être mille fois supérieure à celle du groupe local. (NASA, ESA, D. HARVEY (INSTITUT FÉDÉRAL DE TECHNOLOGIE), R. MASSEY (UNIVERSITÉ DE DURHAM, UK), HUBBLE SM4 ERO TEAM ET ST-ECF)

Cela aboutit généralement à la création d'une galaxie elliptique géante: une galaxie qui forme des étoiles en une fois en nombre considérable, puis plus jamais. C’est le stade final de l’évolution des galaxies pour la plupart des galaxies, mais cela dépend de la fusion de plusieurs grandes galaxies. Cette prise de conscience aide à comprendre pourquoi les elliptiques géants sont courants dans les amas de galaxies massives, mais beaucoup plus rares en groupes ou isolément.

Il faut beaucoup de masse, construit au fil du temps, pour créer une fusion majeure. Tant qu'une galaxie est suffisamment massive (taille similaire à celle de la Voie Lactée ou comparable), il reste du matériel disponible pour former de nouvelles étoiles (gaz). Tant que les galaxies ont un moment cinétique et un axe de rotation privilégié (ce qu’elles font en l’absence de fusion majeure), et tant qu’elles ont le temps de s’installer dans une forme stable (qu’elles ont toutes, sauf s’il ya eu une fusion récente), nous nous attendons à ce qu’ils aient une forme en spirale.

La galaxie isolée MCG + 01–02–015, toute seule depuis plus de 100 000 000 années-lumière dans toutes les directions, est actuellement considérée comme la galaxie la plus solitaire de l'univers. Les caractéristiques observées dans cette galaxie concordent avec le fait qu’il s’agit d’une spirale massive issue d’une longue série de fusions mineures, mais ayant été relativement silencieuse sur ce front depuis des milliards d’années. (ESA / HUBBLE & NASA ET N. GORIN (STSCI); REMERCIEMENT: JUDY SCHMIDT)

Notre Voie Lactée est probablement issue d’une série de proto-galaxies qui se sont transformées en spirale, puis ont progressivement englouti bon nombre des plus petites galaxies présentes dans le groupe local. Nous n’avons même pas rassemblé la majorité d’entre eux; cet honneur revient à notre voisine, Andromède. Nous n’avons pas fini non plus: il ya aujourd’hui des galaxies satellites qui fusionnent avec nous, et quelques galaxies de notre périphérie, comme les deux nuages ​​de Magellan, qui seront probablement dévorées d’ici quelques centaines de millions de millions d’années.

L'histoire cosmique qui a amené la voie lactée est celle de la survie des plus grands. Quand il s'agit de dominer la galaxie, la masse est le facteur primordial.

Au fil du temps, cette forme plate ressemblant à un disque a commencé à disparaître. Nos bras spiraux sont devenus plus prononcés et ont développé plus de tours en eux. Des éperons sont sortis des bras et des interactions gravitationnelles nous ont amenés à former des étoiles le long des extrémités de notre galaxie. Du gaz supplémentaire s’écoula dans les faubourgs et finit par être canalisé vers le centre.

À mesure que les galaxies évoluent, elles développent également des fonctionnalités que nous pourrions reconnaître. Un renflement central se forme dans la région la plus dense de la matière. Il existe des voies qui réussissent le mieux à faire avancer la matière: une barre centrale se développe et se développe. La dynamique des gaz et des étoiles fait que la galaxie devient un disque encore plus fin et s’étend vers les bords, augmentant de rayon mais diminuant d’épaisseur.

Et finalement, comme la gravité l'inévitable, toutes les galaxies liées ensemble finiront par se confondre. La Voie Lactée elle-même est destinée, dans environ 4 milliards d'années, à une fusion avec Andromeda.

Une série de photos montrant la fusion entre la Voie lactée et Andromède, et comment le ciel sera différent de la Terre. Cette fusion se produira dans environ 4 milliards d’années, avec une énorme explosion de formation d’étoiles menant à une galaxie elliptique sans gaz, rouge et mort: Milkdromeda. Un seul grand vélo elliptique est le destin de l’ensemble du groupe local. (NASA; Z. LEVAY ET R. VAN DER MAREL, STSCI; T. HALLAS; ET A. MELLINGER)

L'histoire cosmique qui a conduit à la voie lactée en est une d’évolution constante. Nous nous sommes probablement formés à partir de centaines voire de milliers de petites galaxies de stade précoce qui ont fusionné. Les bras spiraux se sont probablement formés et ont été détruits à de nombreuses reprises par des interactions, uniquement pour se reformer à partir de la nature rotative et riche en gaz d'une galaxie en évolution. La formation d'étoiles s'est produite à l'intérieur dans les vagues, souvent déclenchée par des fusions mineures ou des interactions gravitationnelles. Et ces vagues de formation d'étoiles ont entraîné une augmentation des taux de supernova et un enrichissement en métaux lourds. (Cela ressemble à l’activité parascolaire préférée de tous.)

Ces changements continus continuent de se produire et se termineront dans des milliards d'années, lorsque toutes les galaxies du groupe local auront fusionné. Chaque galaxie a sa propre histoire cosmique, et la Voie Lactée n’est qu’un exemple typique. Aussi grands que nous sommes, nous évoluons toujours.

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Débute avec un coup est maintenant sur Forbes, et republié sur moyen grâce à nos partisans de Patreon. Ethan est l'auteur de deux livres, Beyond The Galaxy et Treknology: La science de Star Trek, de Tricorders à Warp Drive.