Mise à jour le 14 Novembre 2009
 
CONFÉRENCE
"UN JOUR TU SERAS GRANDE : LA CROISSANCE DES GALAXIES"
Par Gary MAMON
Astrophysicien IAP
Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14ème
 
Le mardi 10 Novembre 2009 à 19H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos
Vidéo de la conférence par le CERIMES disponible sur leur site quelques jours après (le CERIMES propose aussi toutes les vidéos des conférences IAP) :      voir : http://www.cerimes.fr/
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
Gary Mamon est astrophysicien à l'IAP depuis 1993, après avoir passé de nombreuses années aux USA et une année à Oxford.
 
Sa spécialité : la dynamique des galaxies.
 
 
Le sujet de ce soir : comment les galaxies sont elles devenues ce qu'elles sont?
 
 
 
 
 
 
 
 
GALAXIES : COULEURS ET AGES DES ÉTOILES.
 
 
 
 
On le sait tous, la couleur d'une étoile est liée à sa température, et en astronomie, comme je le dis souvent la couleur c'est l'inverse de la plomberie: ce qui est chaud est bleu et ce qui est "froid" (moins chaud) est rouge.
 
Mais la couleur est aussi liée à l'age des étoiles :
 
·        Les bleues sont des étoiles jeunes, ce sont les plus lumineuses et les plus massives, elles vont rayonner leur énergie pendant très peu de temps, 10 millions d'années en moyenne
·        Les rouges, les moins chaudes, sont les plus anciennes et les moins massives, elles vivent beaucoup plus longtemps.
 
 
 
 
 
QU'EST-CE QU'UNE GALAXIE?
 
 
Cette vue résume très bien la réponse à cette question.
 
On distingue plusieurs zones dans une galaxie "standard".
 
·        Le centre (le bulbe) de couleur jaune, contient des vieilles étoiles.
·        Les étoiles bleues de la périphérie sont des étoiles jeunes
·        Les zones roses, correspondent à des nuages de gaz Hydrogène réchauffés par des étoiles en formation.
 
Une galaxie contient donc en fait du gaz des poussières et de la matière noire.
 
 
 
 
Les poussières sont intéressantes, ce sont des traceurs d'étoiles en formation.
 
 
CLASSIFICATION DES GALAXIES.
 
C'est Edwin Hubble qui est à l'origine de la classification des galaxies.
 
On la retrouve sur cette excellente illustration de l'Observatoire de Paris.
 
 
Ce schéma originellement de Hubble s'appelle en anglais the Hubble Tuning Fork (le diapason de Hubble) car il ressemble dans sa version d'origine à un diapason.
 
Il y a principalement 3 classes de galaxies :
·        les galaxies spirales : les plus fréquentes (75%) qui peuvent être normales (S) ou barrées (SB), elles sont de couleurs plus bleues, des bons exemples : M101, ou NGC 4565.
·        les galaxies elliptiques (E) et lenticulaires (S0) (20%) qui sont de couleurs plus rouges, un exemple d'elliptique : NGC 1132 et de lenticulaire NGC 5866.
·        les galaxies naines :
o       naines elliptiques comme M 110
o       naines irrégulières comme NGC 1427A
o       naines sphéroïdales de Formax
o       elliptiques compactes comme M 32.
 
On se reportera avec intérêt à cet ancien astronews dédié à ce sujet pour plus de détails.
 
 
 
FAITS OBSERVATIONNELS CONCERNANT LES GALAXIES.
 
·        Les plus lumineuse sont les plus rouges.
·        Les elliptiques suivent la séquence rouge
·        Bimodalité : il existe deux classes de couleurs bien distinctes.
·        Les elliptiques préfèrent les régions les plus denses, elles sont au cœur des amas de galaxies
·        Le centre de ces amas est occupé par des galaxies elliptiques géantes
·        La masse du trou noir central (situé au centre de chaque galaxie en principe) est proportionnelle à la masse du bulbe.
 
 
 
 
On se rend compte de plusieurs de ces faits observationnels grâce au graphique ci-contre.
 
En ordonnées : la couleur
 
En abscisse : la luminosité (le plus lumineux à gauche).
 
Les lignes représentent des "courbes de niveau" où l'on distingue deux "montagnes" : la zone rouge et la zone bleue, de nombreuses galaxies sont concentrées dans ces deux régions.
 
 
 
 
 
 
 
On remarque que la zone bleue correspond à des galaxies peu denses, alors que les galaxies rouges préfèrent les environnements très denses.
 
Notre galaxie à nous, la Voie Lactée, vit dans une zone peu dense.
 
 
 
Concernant la masse des trous noirs, notre conférencier nous présente un intéressant graphique à ce sujet :
 
 
Pour différents types de galaxies (rouge : elliptiques; vert : lenticulaires; rose : aussi des elliptiques de surfaces plus grandes) on voit que la masse du trou noir central est approximativement proportionnel à la masse du bulbe.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
COMMENT GRANDISSENT LES GALAXIES?
 
Déjà, leur naissance : approximativement vers un milliard d'années après le Big Bang.
 
Ensuite pour leur croissance il existe deux méthodes : la douce et la moins douce.
 
Par accrétion mais avec deux variantes possibles : effondrement puis accrétion du gaz (partie supérieure) ou par refroidissement du disque protogalactique.
Par fusion directes ou par frictions dynamiques, qui peuvent mener à des changements majeurs dans la galaxie résultante suivant les masses des différentes galaxies.
 
 
Puis Gary Mamon nous présente des animations de fusion de galaxies que l'on peut voir ICI.
 
Par exemple en voici une que j'ai trouvée sur le Net , c'est la fusion d'Andromède avec notre Galaxie.
 
Voir aussi les références en bas de texte.
 
 
Mais alors si autant de galaxies fusionnent et s'accroissent, on peut logiquement se poser la question suivante :
 
 
QU'EST-CE QUI EMPÊCHE LES GALAXIES DE GRANDIR?
 
 
Pour les petites galaxies :
·        Les super novæ dont les explosions privent leurs galaxies hôtes de gaz, qui est expulsé
·        La matière intergalactique trop chaude, elle n'arrive pas à s'effondrer.
 
Pour les grandes galaxies :
·        Les trous noirs qui émettent des jets qui chauffent le gaz proche et retarde la croissance
·        Les ondes de choc chauffant le gaz qui chute sur des galaxies massives.
 
 
Toutes ces hypothèses peuvent se confirmer à l'heure actuelle par des simulations dans d'énormes calculateurs, comme la simulation Mare Nostrum entreprise sur un supercalculateur a Barcelone par R. Teyssier et C. Pichon.
Voir le projet Horizon.

 

La simulation ‘Galaxy Formation’ 2006 sur Mare Nostrum au BSC : 1 milliard de particules, 4 milliards de cellules
Après des semaines de calcul intensif, réalisées en parallèle sur plus de 2 000 processeurs, la simulation a fait apparaître plus de 100.000 galaxies massives à l'intersection d'un réseau complexe de filaments gazeux.
 
 
 
 
CONCLUSIONS :
 
·        Il y a beaucoup plus de très petites galaxies que de grandes.
·        Il semble qu'il y ait deux classes de galaxies :
o       Les galaxies spirales moins massives avec des étoiles jeunes
o       Les galaxies elliptiques plus massives avec des étoiles vieilles.
·        Les galaxies les plus grandes ont vu leur masse acquise par fusions majeures
·        Notre galaxie, la Voie Lactée, est une des plus grandes galaxies spirales.
 
 
Il reste bien sûr des questions en suspens notamment :
·        Le problème de la croissance des TN au centre des galaxies après fusion
·        La formation des étoiles dans les galaxies
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
 
Histoire et classification des galaxies par les astrofiles.
 
Galaxy and Mass Assembly par Ivan Baldry, document pdf.
 
Galaxy bimodality versus stellar mass and environment par Ivan Baldry et al, document pdf. (aspirine nécessaire).
 
The Millennium Galaxy Catalogue: Bimodality, Dust and SMBHs par Driver et al, présentation pdf.
 
Ségrégation morphologique, bimodalité et effets d'environnement par David Elbaz, document pdf, à voir.
 
Masse des trous noirs situés au centre des galaxies, présentation pdf.
 
Les fusions de galaxies, CR sur ce site de la conférence de PA Duc à la Villette, où vous pouvez voir en animation gif la fusion de NGC 4676 (The Mice).
 
La matière noire et la formation des structures dans l’univers, CR de la conférence de R Teyssier à l'Unesco.
 
 
 
Bon ciel à tous !
 
 
Jean Pierre Martin .
www.planetastronomy.com
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