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Les galaxies particulières

Aperçu
Avec les galaxies particulières, on quitte la classification de Hubble et ses critères morphologiques. Assez rares, elles se distinguent par des caractéristiques inhabituelles, qui dans certains cas peuvent encore être morphologiques (galaxies annulaires, galaxies à antennes...) mais tenir aussi plutôt à des signes d'activité (radiogalaxies, quasars, notamment), alors même que d'un simple point de vue morphologique on pourrait les classer parmi les types de Hubble. Un constat que l'on peut faire aussi à propos d'une catégorie de galaxies particulières, qui pourraient aussi s'avérer les plus nombreuses dans l'univers : les galaxies fantômes, ou galaxies à faible brillance de surface.

D'une manière générale, les morphologies inhabituelles des galaxies et leur activité semblent pouvoir être mises en rapport avec l'existence de perturbations gravitationnelles externes, présentes ou passées, parfois à des collisions entre galaxies.


Mise en ordre
Les galaxies à morphologie inhabituelle

On rangera ici des objets qui d'une part ne sont pas rattachables directement aux deux grands familles des galaxies spirales et des galaxies elliptiques, mais qui d'autre part possèdent des caractéristiques morphologiques suffisamment marquées (anneaux, coquilles, appendices) pour ne pas non plus être classées parmi les galaxies irrégulières.

La Roue de Charrette
Les Antennes

Les galaxies annulaires
Ces galaxies, dont la région centrale rappelle souvent une galaxie de type classique (elliptique ou spirale), sont entourées d'un grand anneau d'étoiles jeunes, et parfois d'un second plus petit. La plus célèbre de ces galaxies est sans doute la Roue de Charrette (Sculpteur). Beaucoup, dites galaxies annulaires polaires, dont la partie centrale a un aspect sphéroïdal, montent sur les images des meilleurs télescopes la même apparence que Saturne dans un (mauvais) cliché d'amateur. Dans certains cas, la partie centrale semble absente : on observe une simple anneau, plus ou moins distordu.

Les anneaux du diable vauvert - Dans l'univers local, les galaxies annulaires sont extrêmement rares. La première de ces galaxies a été découverte en 1950 par Art Hoag dans la constellation du Serpent, à 600 millions d'années-lumière de nous. Quelques autres sont venus s'ajouter par la suite, mais au total le nombre de celles qui ont été étudiées ne dépasse pas quelques dizaines. Ces dernières années le télescope spatial Hubble a en a révélé cependant tout une collection aux confins de l'univers observable, comme si ces objets avaient été plus fréquents quand l'univers était plus jeune.
Les galaxies à coquilles
Ces galaxies rappellent les galaxies annulaires, à ceci près que l'anneau d'étoiles est remplacé par une sphère, ou plutôt une coquille d'étoiles jeunes qui s'est formée clairement au-delà des limites visibles de la partie principale de la galaxie. Dans certains cas, à l'exemple de NGC 3923 (Hydre), ce sont même plusieurs coquilles concentriques que l'on observe.


Les coquilles de NGC 3923
(Source : Extragalactic astronomy, Université de Virginie).

Les galaxies à appendices
Les astronomes connaissent également des galaxies desquelles s'extraient de longs appendices composés, que leur forme fait qualifier d'antennes. L'exemple classique et le plus spectaculaire est donné par l'objet appelé justement les Antennes (Corbeau). Dans certains cas, ces excroissances semblent relier deux galaxies. Avec, à l'occasion, cette étrangeté relevée en son temps par Halton Arp, à savoir que de telles galaxies apparemment reliées physiquement peuvent présenter des redshifts très différents. 

Les galaxies actives

On range dans cette catégorie des galaxies (environ 5% des galaxies répertoriées) qui témoignent en leur sein de processus énergétiques particulièrement violents. En fait l'activité ainsi définie peut prendre plusieurs formes. Dans certains cas, elle correspond à des processus massifs de formations stellaires, et l'on parlera de galaxies à flambées d'étoiles. Dans d'autres cas, l'activité se concentre dans un volume très petit, au centre de la galaxie. On a alors affaire à un noyau actif de galaxie, ou AGN (Active galactic nucleus).

Galaxies à flambées d'étoiles
Il s'agit de galaxies dans lesquelles se déroule un épisode important de formations stellaires. Ce type d'événements peut affecter la galaxie entière où seulement certaines régions, qui demeurent cependant très étendues. Comme les populations d'étoiles jeunes comportent des étoiles massives très lumineuses, cela rend ces galaxies très lumineuses. Une flambée d'étoiles correspond à des taux de formations stellaires des dizaines, voire des centaines de fois supérieurs à ceux que l'on observe dans les galaxies comme la nôtre. Une flambée peut durer des millions d'années.

Galaxies infrarouges ultra-lumineuses - Découvertes dans les années 1980 grâce au satellite IRAS, ces galaxies, très lointaines, se caractérisent comme leur nom l'indique par une émission extrêmement puissante dans le domaine infrarouge du spectre. Une émission engendré, pensent les astronomes, par l'échauffement des poussières situées dans des sites formations massives d'étoiles. De ce point de vue, les galaxies infrarouges pourraient être considérées comme les prototypes des galaxies à flambées d'étoiles. Mais selon un explication alternative, l'émission pourrait aussi provenir de poussières chauffées par le noyau actif. Deux pistes qui ne s'excluent d'ailleurs pas.
Galaxies à noyau actif
Selon l'approche la plus communément adoptée, et qui est appelée le modèle unifié, qui invoque la présence au centre des galaxies concernées de trous noirs supermassifs, les noyaux actifs sont le dénominateur commun à plusieurs sortes de galaxies, qui apparaissent, de fait, comme de proches cousines :
Radiogalaxies - Il s'agit de galaxies d'apparence ordinaire lorsqu'on les observe dans le domaine visible, mais qui émettent puissamment dans le domaine radio, à partir de ce qui est d'abord apparu comme deux lobes placés de part et d'autre de ces galaxies, et dont il est s'est avéré ensuite que cela correspondait à deux jets de gaz expulsés par l'AGN de ces objets.

Quasars (Galaxies-hôtes des) - Les quasars marquent encore une étape dans la puissance par rapport aux objets précédents, qu'ils surpassent couramment de plusieurs ordres de grandeur. Leur nom est la contraction de quasi-stellar (source), ou source quasi-stellaire, qui faisait référence, lors de leur découverte, au fait que leur émission semblait provenir d'un objet ponctuel, similaire à ce que serait celle d'une étoile.

Galaxies de Seyfert - Ces galaxies, souvent spirales doivent leur nom à Karl Seyfert, qui, le premier a attiré l'attention sur elles dans les années 1940. Elles représentent par rapport aux radiogalaxies un cran au-dessus dans l'échelle de l'activité, mais elles sont moins puissantes que les quasars. Leur noyau est très lumineux et les raies d'émission du spectre sont bien marquées.

Lacertides ou blazars (Galaxies-hôtes des) - Ces objets sont très comparables aux quasars et ne s'en distinguent que par leurs caractéristiques spectrales (pas de raies d'émission), et peut-être aussi par une luminosité plus grande.

Dans la perspective du modèle unifié, les diverses apparences observées résulteraient principalement de l'orientation différente par rapport à nous des galaxies concernées.

Les galaxies fantômes

Les galaxies connues sont ordinairement des systèmes d'étoiles relativement denses. Et cela explique leur forte luminosité de surface. Mais les astronomes commencent à découvrir des objets dont les morphologies sont celles des galaxies ordinaires, mais qui s'avèrent très difficiles à observer, tant leurs étoiles sont peu concentrées, et qui, à tout prendre, pourraient constituer la population de galaxies de la plus importantes de l'univers. Ces galaxies fantômes sont dites à faible brillance de surface, et sont couramment désignées par le sigle LSB (= Low surface brightness). Les plus accessibles de ces galaxies sont sans doute NGC 247, qui appartient au groupe du Sculpteur, et IC 1613, une naine irrégulière du Groupe Local. Toutes les deux se situent dans la constellation de la Baleine. Elles sont connues depuis longtemps (1783 et 1906, respectivement). En général, il s'agit d'objets excessivement discrets, et dont l'importance n'est appréciée que depuis peu.

Par leur morphologie, elles s'apparentent souvent aux galaxies spirales ordinaires (de type Sc, en particulier, qui curieusement rassemble aussi les spirales dont le disque est le plus lumineux, à l'image de M 101), et aux galaxies irrégulières. Mais elles recrutent également parmi les naines sphéroïdales. En fait, elles semblent privilégier les deux extrêmes dans l'échelle des masses des galaxies.

Les galaxies de Malin - Cette classe de galaxies fantômes rassemble les plus grosses galaxies actuellement connues. C'est ainsi le cas de la plus grande spirale actuellement répertoriée. Il s'agit de la galaxies Malin-1, découverte en 1987 dans la Chevelure de Bérénice (12h 36' 59.0; +14° 19' 48) par Gregory Bothun, Christopher Impey, David Malin et Jeremy Mould. Elle a 250 000 années-lumière de diamètre et si ces étoiles se font très discrètes, son milieu interstellaire se révèle quant à lui hors normes : il contient, par exemple, 100 milliards de masses solaires seulement en hydrogène atomique.
Parmi les naines sphéroïdales à faible brillance de surface ont citera SagDEG, la Naine du Sagittaire, découverte en 1994, sa petite soeur, de découverte plus récente, la Naine du Grand Chien (2003), toutes deux, actuellement en cours d'absorption par notre Voie lactée., ou encore la petite galaxie, elle aussi récemment découverte, devant la galaxie d'Andromède.

Et toutes les autres...
On notera Les familles de galaxies que l'on vient de mentionner n'épuisent pas la liste des galaxies particulières. On pourrait ainsi ajouter les galaxies tidales (de l'anglais tide = marée) petites galaxies en cours de formation à partir du gaz expulsé par une autre galaxie lors d'une interaction de marée; ou encore, parmi les galaxies actives, les Liners, versions affaiblies des radiogalaxies et aux raies (lines) d'émission caractéristiques, les Galaxies de Haro,qui présentent une excès d'émission dans le bleu, et leurs parentes les galaxies de Markarian, caractérisées par une forte émission UV, et qui pour certaines ressemblent aux galaxies de Seyfert, galaxies bleues compactes du bout de l'univers,  les galaxies noires, composées de nuages d'hydrogène et de matière sombre, mais dépourvues d'étoiles, et dont les premiers exemples ont été découverts en 2003, les galaxies naines ultra-compactes, comme celles dénichées dans l'amas du Fourneau, etc.

Des systèmes perturbés


Rouages
Certains types de galaxies inhabituelles tirent leurs caractéristiques des conditions particulières de leur formation. C'est le cas, d'évidence, des galaxies fantômes et des galaxies tidales. Il se peut également que l'irrégularité de la forme observée dans d'autres cas corresponde aussi à une sorte d'inachèvement d'une galaxie qui n'aurait pas encore atteint sa figure d'équilibre. Mais de façon générale, l'origine des morphologies que peuvent revêtir les autres galaxies particulières et les galaxies irrégulières, et la cause de leur activité, doivent être recherchés dans des processus intervenant plus tard, dans le cours de leur existence.

Là encore, diverses hypothèses ont été avancées. Halton Arp, qui a publié en 1966 un catalogue de plus de 300 galaxies particulières invoque, par exemple, à l'origine de leurs caractéristiques de grosses explosions qui auraient eu lieu en leur sein. Ces cataclysmes pourraient selon lui et ses émules expliquer non seulement les morphologies particulières, mais aussi les redshifts anormaux et même les quasars. Ce point de vue n'est cependant pas partagé par l'immense majorité des astronomes, qui considèrent que les particularités qu'ils observent sont, pour l'essentiel, les effets des perturbations d'externes. Un contexte, qui fait attribuer un tout premier rôle aux interactions entre galaxies dans les amas. Une galaxie peut en frôler une autre et y laisser quelques plumes sous l'effet de la gravitation; elle peut aussi entrer en collision avec une de ses congénères, ce qui aura des conséquences variées, selon, par exemple, qu'elle se fait absorber par une plus grosse galaxie, ou au contraire qu'elle en dévore une plus petite.

Une flambée de formation stellaire, comme celle que l'on observe par exemple dans M 82, dont une galaxie peut être le siège, pourra aussi s'expliquer par de telles interactions (dans ce cas, on pense à un rapprochement avec M 81), et sera également la cause de l'aspect irrégulier ou du caractère particulier de la galaxie concernée. Il suffit que deux galaxies se rapprochent suffisamment pour que les effets différentiels de la gravitation (effets de marée) déstabilisent les masses de gaz et de poussières renfermées dans l'une ou l'autre galaxie, et engagent à très grande échelle les processus d'effondrement et de fragmentation de ces nuages, qui conduisent à la formation simultanée de quantités d'étoiles. Dès qu'une première génération d'étoiles a été formée ainsi, les explosions de supernovae et les vents stellaires prennent le relais pour entretenir le processus "en feu de forêt" responsable de la propagation de l'astration.

Les effets de marées sont également responsables d'expulsions de d'étoiles et de gaz hors des galaxies, et peuvent expliquer les antennes et autres appendices observés. Les collisions de galaxies ont des conséquences similaires (les Antennes correspondent de fait à la collision de deux galaxies). Il peut aussi y avoir d'autres conséquences. Ainsi les chocs frontaux semblent pouvoir expliquer les morphologies des galaxies annulaires et des galaxies à coquilles. Une petite galaxie elliptique en percute une plus grosse en son centre, et les ondes de densité ainsi créées forment des structures concentriques en expansion, à l'origine de formations stellaires massives. Le processus conduit à une galaxie annulaire si la galaxie percutée était une spirale, et à une galaxie à coquille lorsqu'on avait affaire à une galaxie elliptique. De telles collisions pourraient aussi expliquer que certaines galaxies à anneau ne possèdent aucune structure centrale visible : la galaxie percutée aurait été proprement dénoyautée par le choc.

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