Dans une certaine mesure, nous en savons plus sur les systèmes stellaires éloignés que sur notre propre galaxie, la Voie lactée. Sa structure est plus difficile à étudier que la structure de toute autre galaxie, car vous devez l'étudier de l'intérieur, et beaucoup de choses ne sont pas si faciles à voir. Les nuages de poussière interstellaires absorbent la lumière d'une myriade d'étoiles lointaines.
Ce n'est qu'avec le développement de la radioastronomie et l'avènement des télescopes infrarouges que les scientifiques ont pu comprendre le fonctionnement de notre galaxie. Mais de nombreux détails restent flous à ce jour. Même le nombre d'étoiles de la Voie lactée est approximativement estimé. Les derniers guides électroniques appellent des numéros de 100 à 300 milliards d'étoiles.
Il n'y a pas si longtemps, on croyait que notre galaxie avait 4 grands bras. Mais en 2008, des astronomes de l'Université du Wisconsin ont publié les résultats du traitement d'environ 800 000 images infrarouges prises par le télescope spatial Spitzer. Leur analyse a montré que la Voie lactée n'a que deux bras. Quant aux autres manches, ce ne sont que des branches latérales étroites. Ainsi, la Voie lactée est une galaxie spirale à deux bras. Il est à noter que la plupart des galaxies spirales que nous connaissons n'ont également que deux bras.
"Grâce au télescope Spitzer, nous avons l'opportunité de repenser la structure de la Voie lactée", a déclaré l'astronome Robert Benjamin de l'Université du Wisconsin, lors de la conférence de l'American Astronomical Society. «Nous affinons notre compréhension de la galaxie de la même manière qu'il y a des siècles, lorsque les découvreurs ont voyagé à travers le monde, ils ont raffiné et repensé les idées précédentes sur ce à quoi ressemble la Terre.
Depuis le début des années 90 du XX siècle, les observations effectuées dans le domaine infrarouge modifient de plus en plus notre connaissance de la structure de la Voie lactée, car les télescopes infrarouges permettent de regarder à travers des nuages de gaz et de poussières et de voir ce qui est inaccessible aux télescopes conventionnels.
2004 - L'âge de notre galaxie a été estimé à 13,6 milliards d'années. Il est apparu peu de temps après le Big Bang. Au début, il s'agissait d'une bulle de gaz diffus contenant principalement de l'hydrogène et de l'hélium. Au fil du temps, il s'est transformé en une immense galaxie spirale dans laquelle nous vivons maintenant.
caractéristiques générales
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Mais comment s'est déroulée l'évolution de notre galaxie? Comment s'est-il formé - lentement ou, au contraire, très rapidement? Comment était-elle saturée d'éléments lourds? Comment la forme de la Voie lactée et sa composition chimique ont-elles changé au cours des milliards d'années? Les scientifiques n'ont pas encore fourni de réponses détaillées à ces questions.
Notre galaxie mesure environ 100 000 années-lumière et l'épaisseur moyenne du disque galactique est d'environ 3 000 années-lumière (l'épaisseur de sa partie convexe - le renflement - atteint 16 000 années-lumière). Cependant, en 2008, l'astronome australien Brian Gensler, après avoir analysé les résultats des observations de pulsars, a suggéré que le disque galactique était probablement deux fois plus épais qu'on le croit généralement.
Notre galaxie est-elle grande ou petite selon les normes cosmiques? En comparaison, la nébuleuse d'Andromède, la grande galaxie la plus proche de nous, mesure environ 150 000 années-lumière de diamètre.
Fin 2008, des chercheurs ont établi par des méthodes de radioastronomie que la Voie lactée tourne plus vite qu'on ne le pensait. À en juger par cet indicateur, sa masse est environ une fois et demie plus élevée qu'on ne le croyait généralement. Selon diverses estimations, il varie de 1,0 à 1,9 billion de masses solaires. Encore une fois, à titre de comparaison: la masse de la nébuleuse d'Andromède est estimée à au moins 1,2 billion de masses solaires.
Structure des galaxies
Ainsi, la Voie lactée n'est pas inférieure en taille à la nébuleuse d'Andromède. «Nous ne devrions plus traiter notre galaxie comme la petite sœur de la nébuleuse d'Andromède», a déclaré l'astronome Mark Reid du Smithsonian Center for Astrophysics de l'Université Harvard. Dans le même temps, puisque la masse de notre galaxie est plus grande que prévu, sa force gravitationnelle est également plus élevée, ce qui signifie que la probabilité de sa collision avec d'autres galaxies à proximité augmente également.
Trou noir
Notre galaxie est entourée d'un halo globulaire qui atteint 165 000 années-lumière de diamètre. Les astronomes appellent parfois le halo «l'atmosphère galactique». Il contient environ 150 amas globulaires, ainsi qu'un petit nombre d'étoiles anciennes. Le reste de l'espace du halo est rempli de gaz raréfié, ainsi que de matière noire. La masse de ce dernier est estimée à environ un billion de masses solaires.
Les bras en spirale de la Voie lactée contiennent d'énormes quantités d'hydrogène. C'est là que les étoiles continuent de naître. Au fil du temps, les jeunes étoiles quittent les bras des galaxies et «migrent» vers le disque galactique. Cependant, les étoiles les plus massives et les plus brillantes ne vivent pas assez longtemps, elles n'ont donc pas le temps de s'éloigner de leur lieu de naissance. Ce n'est pas un hasard si les bras de notre galaxie brillent si fort. La plus grande partie de la Voie lactée est composée de petites étoiles pas très massives.
La partie centrale de la Voie lactée est située dans la constellation du Sagittaire. Cette zone est entourée de nuages sombres de gaz et de poussière, au-delà desquels rien ne peut être vu. Ce n'est qu'à partir des années 1950, en utilisant les moyens de la radioastronomie, que les scientifiques ont pu progressivement voir ce qu'il y avait là. Dans cette partie de la Galaxie, une puissante source radio a été découverte, appelée Sagittaire A. Les observations ont montré qu'une masse est concentrée ici, dépassant la masse du Soleil de plusieurs millions de fois. L'explication la plus acceptable de ce fait n'est que possible: il y a un trou noir au centre de notre galaxie.
Maintenant, pour une raison quelconque, elle a pris une pause pour elle-même et ne montre pas beaucoup d'activité. L'afflux de matière ici est très rare. Peut-être qu'avec le temps, le trou noir aura de l'appétit. Ensuite, il recommencera à absorber le voile de gaz et de poussière qui l'entoure, et la Voie lactée rejoindra la liste des galaxies actives. Il est possible qu'avant cela, au centre de la galaxie, des étoiles commencent à émerger vigoureusement. De tels processus sont susceptibles de se répéter régulièrement.
2010 - Des astronomes américains utilisant le télescope spatial Fermi, conçu pour observer les sources de rayonnement gamma, ont découvert deux structures mystérieuses dans notre galaxie - deux énormes bulles émettant un rayonnement gamma. Chacun d'eux mesure en moyenne 25 000 années-lumière de diamètre. Ils se dispersent depuis le centre de la galaxie dans les directions nord et sud. Peut-être parlons-nous des flux de particules qui étaient autrefois émis par un trou noir au milieu de la galaxie. D'autres chercheurs pensent que nous parlons de nuages de gaz qui ont explosé à la naissance des étoiles.
Il existe plusieurs galaxies naines autour de la Voie lactée. Les plus célèbres d'entre eux sont les Grands et Petits Nuages de Magellan, qui sont reliés à la Voie Lactée par une sorte de pont à hydrogène, un énorme panache de gaz qui s'étend derrière ces galaxies. Il a été nommé "Magellanic Stream". Il s'étend sur environ 300 000 années-lumière. Notre galaxie engloutit constamment les galaxies naines les plus proches, en particulier la galaxie Sagitaire, située à 50000 années-lumière du centre galactique.
Il reste à ajouter que la Voie lactée et la nébuleuse d'Andromède se rapprochent. Vraisemblablement, dans 3 milliards d'années, les deux galaxies fusionneront ensemble pour former une galaxie elliptique plus grande, qui a déjà été nommée "Milky Honey".
L'origine de la Voie lactée
Pendant longtemps, on a cru que la Voie lactée se formait progressivement. 1962 - Olin Eggen, Donald Linden-Bell et Allan Sandage ont proposé une hypothèse qui est devenue connue sous le nom de modèle ELS (nommé d'après les lettres initiales de leurs noms de famille). Selon elle, un nuage homogène de gaz tournait autrefois lentement à la place de la Voie lactée. Il ressemblait à une sphère et mesurait environ 300 000 années-lumière de diamètre et se composait principalement d'hydrogène et d'hélium. Sous l'influence de la gravité, la protogalaxie a rétréci et est devenue plate; en même temps, sa rotation s'accéléra sensiblement.
Nébuleuse d'Andromède
Pendant près de deux décennies, ce modèle convenait aux scientifiques. Mais les nouvelles observations ont montré que la Voie lactée ne pouvait pas avoir surgi de la manière que les théoriciens l'ont dictée.
Selon ce modèle, un halo se forme d'abord, puis un disque galactique. Mais le disque contient aussi des étoiles très anciennes, comme la géante rouge Arcturus, dont l'âge est supérieur à 10 milliards d'années, ou de nombreuses naines blanches du même âge.
Des amas globulaires ont été trouvés dans le disque galactique et le halo qui sont plus jeunes que le modèle ELS le suggère. De toute évidence, ils sont engloutis par notre dernière galaxie.
De nombreuses étoiles dans le halo tournent dans une direction différente de la Voie lactée. Peut-être qu'eux aussi étaient-ils autrefois à l'extérieur de la Galaxie, mais ensuite ils ont été attirés dans ce «vortex d'étoiles» - comme un nageur accidentel dans un tourbillon.
1978 Leonard Searle et Robert Zinn proposent leur propre modèle pour la formation de la Voie lactée. Elle a été désignée comme «modèle SZ». Maintenant, l'histoire de la galaxie est devenue beaucoup plus compliquée. Il n'y a pas si longtemps, dans l'esprit des astronomes, sa jeunesse était décrite aussi simplement que, de l'avis des physiciens, un mouvement de translation rectiligne. La mécanique de ce qui se passait était clairement visible: il y avait un nuage homogène; il consistait uniquement en une répartition uniforme du gaz. Rien, par sa présence, ne compliquait les calculs des théoriciens.
Maintenant, au lieu d'un énorme nuage dans les visions des scientifiques, plusieurs petits nuages dispersés de manière fantaisiste sont apparus à la fois. Parmi eux se trouvaient les étoiles; cependant, ils se trouvaient uniquement dans le halo. Tout à l'intérieur du halo bouillonnait: les nuages se heurtaient; les masses de gaz étaient mélangées et compactées. Au fil du temps, un disque galactique s'est formé à partir de ce mélange. De nouvelles étoiles ont commencé à y apparaître. Mais ce modèle a été critiqué plus tard.
Il était impossible de comprendre ce qui reliait le halo et le disque galactique. Ce disque épaississant et l'enveloppe stellaire clairsemée qui l'entoure avaient peu de points communs. Déjà après que Searle et Zinn aient fait leur modèle, il s'est avéré que le halo tourne trop lentement pour former un disque galactique. A en juger par la distribution des éléments chimiques, ces derniers sont issus du gaz protogalactique. Enfin, le moment cinétique du disque s'est avéré 10 fois supérieur à celui du halo.
Le secret est que les deux modèles contiennent un grain de vérité. Le problème, c'est qu'ils sont trop simples et unilatéraux. Les deux semblent maintenant être des fragments de la même recette par laquelle la Voie lactée a été créée. Eggen et ses collègues ont lu quelques lignes de cette recette, Searle et Zinn quelques autres. Par conséquent, en essayant de réimaginer l'histoire de notre galaxie, nous remarquons de temps en temps des lignes familières qui ont déjà été lues une fois.
Voie Lactée. Modèle d'ordinateur
Tout a donc commencé peu de temps après le Big Bang. «Aujourd'hui, il est généralement admis que les fluctuations de la densité de la matière noire ont donné naissance aux premières structures - les soi-disant halos noirs. Grâce à la force de gravité, ces structures ne se sont pas désintégrées », note l'astronome allemand Andreas Burkert, l'auteur d'un nouveau modèle de la naissance de la Galaxie.
Les halos sombres sont devenus les embryons - les noyaux - des futures galaxies. Le gaz s'est accumulé autour d'eux sous l'influence de la gravité. Un effondrement homogène s'est produit, comme le décrit le modèle ELS. Déjà 500 à 1 000 millions d'années après le Big Bang, les amas de gaz qui entouraient les halos sombres sont devenus des «incubateurs» d'étoiles. De petites protogalaxies sont apparues ici. Dans les nuages denses de gaz, les premiers amas globulaires sont apparus, car les étoiles sont nées ici des centaines de fois plus souvent qu'ailleurs. Les protogalaxies se sont heurtées et ont fusionné les unes avec les autres - c'est ainsi que de grandes galaxies se sont formées, y compris notre Voie lactée. Aujourd'hui, il est entouré de matière noire et d'un halo d'étoiles uniques et de leurs amas globulaires, ces ruines de l'univers, dont l'âge est de plus de 12 milliards d'années.
Il y avait de nombreuses étoiles très massives dans les protogalaxies. En moins de quelques dizaines de millions d'années, la plupart ont explosé. Ces explosions ont enrichi les nuages de gaz d'éléments chimiques lourds. Par conséquent, de telles étoiles ne sont pas nées dans le disque galactique comme dans le halo - elles contenaient des centaines de fois plus de métaux. De plus, ces explosions ont généré de puissants vortex galactiques qui ont chauffé le gaz et l'ont balayé hors des protogalaxies. La séparation des masses gazeuses et de la matière noire s'est produite. C'était l'étape la plus importante dans la formation des galaxies, qui n'était auparavant prise en compte dans aucun modèle.
Dans le même temps, des halos sombres se heurtaient de plus en plus. De plus, les protogalaxies s'étiraient ou se désintégraient. Ces catastrophes rappellent les chaînes d'étoiles qui ont été préservées dans le halo de la Voie lactée depuis l'époque de la «jeunesse». En étudiant leur localisation, il est possible d'évaluer les événements qui ont eu lieu à cette époque. Peu à peu, une vaste sphère s'est formée à partir de ces étoiles - le halo que nous voyons. En refroidissant, des nuages de gaz y pénètrent. Leur moment cinétique a été préservé, car ils ne se sont pas effondrés en un seul point, mais ont formé un disque rotatif. Tout cela s'est passé il y a plus de 12 milliards d'années. Le gaz était maintenant comprimé comme décrit dans le modèle ELS.
À ce moment, le «renflement» de la Voie lactée est également formé - sa partie médiane ressemblant à un ellipsoïde. Bulge est composé d'étoiles très anciennes. Il est probablement né de la fusion des plus grandes protogalaxies qui ont retenu les nuages de gaz le plus longtemps. Parmi eux se trouvaient des étoiles à neutrons et de minuscules trous noirs - des reliques de supernovae explosives. Ils ont fusionné les uns avec les autres, absorbant simultanément des flux de gaz. C'est peut-être ainsi qu'est né un énorme trou noir, qui réside maintenant au centre de notre galaxie.
L'histoire de la Voie lactée est beaucoup plus chaotique qu'on ne le pensait auparavant. Notre galaxie d'origine, impressionnante même selon les normes cosmiques, s'est formée après une série d'impacts et de fusions - après une série de catastrophes cosmiques. Des traces de ces vieux événements peuvent encore être trouvées aujourd'hui.
Ainsi, par exemple, toutes les étoiles de la Voie lactée ne tournent pas autour du centre galactique. Probablement, au cours des milliards d'années de son existence, notre galaxie a «englouti» de nombreux compagnons de voyage. Une étoile sur dix dans le halo galactique a moins de 10 milliards d'années. À ce moment-là, la Voie lactée s'était déjà formée. Ce sont peut-être les vestiges des galaxies naines autrefois capturées. Un groupe de scientifiques britanniques de l'Institut astronomique (Cambridge), dirigé par Gerard Gilmour, a calculé que la Voie lactée, apparemment, pourrait absorber de 40 à 60 galaxies naines comme Karin.
De plus, la Voie lactée attire d'énormes masses de gaz. Ainsi, en 1958, les astronomes néerlandais ont remarqué de nombreuses petites taches dans le halo. En fait, ils se sont avérés être des nuages de gaz, constitués principalement d'atomes d'hydrogène et se sont précipités vers le disque galactique.
Notre galaxie ne modérera pas son appétit à l'avenir. Peut-être qu'il absorbera les galaxies naines les plus proches de nous - Fornax, Karina et, probablement, Sextans, puis fusionnera avec la nébuleuse d'Andromède. Autour de la Voie lactée - cet insatiable «cannibale étoilé» - deviendra même désert.
A. Volkov