Comment les galaxies deviennent spirales

Elles peuplent le cosmos
par dizaines de milliards , au plus loin que portent les télescopes ;
ces flocons lumineux flottant dans l'immensité sidérale, ce sont
les galaxies spirales, qui comptent pour plus de la moitié de la
population galactique universelle...

Les galaxies , et parmi
elles les spirales, sont d'immenses agglomérations de dizaines ou de
centaines de milliards d'étoiles, mesurant des dizaines de milliers
d'années-lumière de diamètre. Elles ont été "inventées "
par Edwin Hubble, à l'observatoire du Mont Wilson, voici presque un
siècle.

Depuis lors , les
astronomes s'interrogent sur l'origine de ces structures d'une
stupéfiante beauté , de nombreuses théories ayant été proposées
pour expliquer la formation et l'évolution des bras spiraux. Pour la
plupart des astronomes, les spires des galaxies étaient des
structures transitoires, apparaissant au sein des disques
galactiques, s'y maintenant quelques centaines de millions d'années,
avant de disparaître. A l'origine des spirales, on invoquait, par
exemple, des explosions de supernovæ, créant de proche en proche
une onde de choc dans le milieu galactique, onde parcourant plusieurs
fois le disque galactique avant de s'atténuer et de disparaître. Une
autre théorie proposait que les bras spiraux soient initiés par des
perturbations gravitationnelles, provoquées par la présence de
satellites autour des galaxies, par exemple.

Mais en utilisant une
simulation numérique comptant 100 millions de "particules
étoiles ", et en faisant tourner virtuellement une galaxie
plusieurs milliards d'années durant, l'équipe de Elena D'Onghia, de
l'University of Wisconsin-Madison, a fait une découverte
inattendue...

D'après Elena D'Onghia
et ses collaborateurs, les disques spiraux sont des structures
pérennes , qui apparaissent spontanément dès lors que les galaxies
sont suffisamment riches en gaz. Le gaz, en s'effondrant, crée des
nuages denses, et donc des puits de gravité. C'est de ces
instabilités gravitationnelles que naissent les spires galactiques,
mais, plus étonnant, les spires se régénèrent ensuite
perpétuellement, même lorsque les condensations gazeuses qui les
ont provoquées, ont disparu...

La structure spirale des
galaxies a une grande importance dans leur évolution, puisque c'est
son passage dans le disque qui provoque l'effondrement du gaz et sa
transformation en étoiles. L'onde spirale tourne en effet d'un seul
bloc ou presque, dans le disque, quand les étoiles, soumises à la
troisième loi de Kepler, tournent à grande vitesse près du centre
galactique, et très lentement à l'extérieur. Ainsi, notre propre
étoile, le Soleil, réalise un tour de Voie lactée tous les 220
millions d'années environ.

Reste que, d'une point de
vue dynamique, les spires des galaxies sont des structures très
discrètes , la perturbation gravitationnelle qu'elles portent est
subtile. Pourquoi, dès lors, les spires sont-elles si
spectaculaires ? C'est que, derrière le front d'onde spirale,
les essaims d'étoiles nouvelles-nées sont riches d'étoiles
supergéantes bleues, extraordinairement lumineuses. Ces astres
éblouissants ionisent le gaz autour d'elles, rendant ces régions de
naissances d'étoiles plus brillantes encore. Au fond, les bras
spiraux éclatants que photographient les télescopes ne montrent pas
vraiment la structure spirale : lorsque les étoiles et les
nébuleuses s'embrasent, la vague est déjà passée...

Plus d'images de galaxies spirales sur le site de notre partenaire, Science & Vie.