Une galaxie est un groupe de nombreuses étoiles, avec du gaz, de la poussière et de la matière noire. Le nom "galaxie" est tiré du mot grec galaxia, qui signifie laiteux, en référence à notre propre galaxie, la Voie lactée.

La gravité maintient les galaxies ensemble contre l'expansion générale de l'univers. En effet, l'expansion de l'univers a lieu entre des groupes de galaxies, et non à l'intérieur de ces groupes. La gravité maintient la galaxie ensemble, et il en va de même pour les groupes de galaxies, comme notre groupe local dans la Voie lactée. La gravitation est produite par la matière et l'énergie dans une galaxie ou un groupe de galaxies. Tout ce qui se trouve dans une galaxie se déplace autour d'un centre de masse, ce qui est également un effet de la gravité.

Il existe différents types de galaxies : les galaxies elliptiques, spirales et lenticulaires, qui peuvent toutes être avec ou sans barre. Ensuite, il y a les galaxies irrégulières. Toutes les galaxies existent à l'intérieur de l'univers. L'Univers observable contient plus de 2 billions (1012) de galaxies et, globalement, jusqu'à 1×1024 étoiles (plus d'étoiles que tous les grains de sable de la planète Terre).

Composition et structure

Une galaxie est composée essentiellement de :

  • Étoiles : de quelques millions dans les plus petites naines à des milliers de milliards dans les grandes galaxies elliptiques.
  • Gaz interstellaire : hydrogène et hélium principalement, source de formation d'étoiles.
  • Poussière : particules solides fines qui absorbent et diffusent la lumière, rendant certaines régions sombres en optique mais brillantes en infrarouge.
  • Matière noire : composante invisible détectée par ses effets gravitationnels, essentielle pour expliquer les vitesses de rotation et la cohésion des galaxies.
  • Trou noir supermassif central : la plupart des grandes galaxies abritent au centre un trou noir de millions à plusieurs milliards de masses solaires, influençant le noyau actif et la dynamique interne.

Types de galaxies

On classe couramment les galaxies selon leur morphologie :

  • Galaxies spirales : bras spiralés, disque rotatif, bulbe central. Exemples : la Voie lactée, Andromède. Elles peuvent être avec barre (barred spirals) ou sans barre.
  • Galaxies elliptiques : forme plus ronde ou ellipsoïdale, peu de gaz et peu de formation d'étoiles récente ; souvent peuplées d'étoiles âgées.
  • Galaxies lenticulaires (S0) : intermédiaires entre spirales et elliptiques : disque sans bras spiraux marqués, peu de gaz.
  • Galaxies irrégulières : pas de forme régulière, souvent dues à des interactions ou fusions; riches en gaz et en formation stellaire.
  • Galaxies naines : petites et courantes, elles orbitent souvent autour de grandes galaxies et jouent un rôle dans leur évolution (accrétion, fusion).

Formation et évolution

Les galaxies se forment à partir d'amas de matière dans l'univers primitif : les régions légèrement surdensifiées attirent la matière par gravité, ce qui conduit à la formation des premières étoiles et des premiers noyaux galactiques. L'évolution galactique est ensuite gouvernée par :

  • la formation stellaire (qui consomme le gaz disponible) ;
  • les fusions et interactions entre galaxies, qui transforment morphologie et taux de formation stellaire ;
  • le rôle de la matière noire, qui structure les halos dans lesquels se forment les galaxies ;
  • l'activité des trous noirs centraux, capable de déclencher des vents puissants et de réguler la formation d'étoiles.

Taille, masse et exemples

Quelques ordres de grandeur :

  • Galaxies naines : typiquement 107–109 étoiles.
  • Galaxies comme la Voie lactée : ~1011 à 4×1011 étoiles, diamètre ≈ 100 000–200 000 années-lumière.
  • Grandes elliptiques : jusqu'à ~1012 étoiles ou plus, diamètres beaucoup plus grands.
  • Masse totale (avec matière noire) : une galaxie type spirale peut peser 1011–1012 masses solaires, les amas de galaxies beaucoup plus.

Chiffres clés de l'Univers observable

Estimations importantes :

  • Nombre de galaxies observables : des études récentes (analyse des relevés profonds, Hubble Ultra Deep Field et autres) estiment de l'ordre de 2×1012 galaxies dans l'Univers observable. La valeur exacte évolue avec les observations et les méthodes de comptage.
  • Nombre total d'étoiles : l'ordre de grandeur est très élevé, souvent cité entre ~1022 et 1024 étoiles pour l'ensemble de l'Univers observable. Le texte initial mentionne « jusqu'à 1×1024 étoiles » ; on précise qu'il s'agit d'une estimation approximative (1×1024 signifierait mille milliards de milliards d'étoiles).
  • Comparaisons : il y a généralement plus d'étoiles dans l'Univers observable que de grains de sable sur toutes les plages de la Terre — une façon de rendre compte de l'immense nombre.

Observation et techniques

Les galaxies sont observées dans tout le spectre électromagnétique :

  • Optique et ultraviolet : révèlent les régions actives et les jeunes étoiles.
  • Infrarouge : traverse la poussière, utile pour voir les régions de formation stellaire; les télescopes spatiaux infrarouges (ex. JWST) permettent d'observer les galaxies lointaines.
  • Radio : cartographie le gaz neutre (hydrogène HI) et les jets d'objets actifs.
  • Rayons X : montrent le gaz chaud dans les amas et l'activité autour des trous noirs.

Importance pour la cosmologie

Les galaxies servent de « balises » pour comprendre l'histoire de l'univers : leur distribution à grande échelle renseigne sur la cosmologie (densité moyenne, paramètres d'expansion), et leur évolution trace la transformation de la matière ordinaire et noire sur des milliards d'années.

En résumé, une galaxie est une structure complexe et dynamique où interagissent étoiles, gaz, poussière et matière noire. Leur diversité de formes et d'histoires, ainsi que leur nombre immense, font des galaxies un objet d'étude central en astrophysique et cosmologie.