L’évolution de l’Univers

Tel était le titre donné par Dominique Proust, astronome à l’Observatoire de Paris-Meudon, à la conférence du vendredi 27 avril 2018. C’est un sujet si vaste qu’il aurait pu nous occuper toute la nuit ; aussi l’orateur s’est-il intéressé à présenter la dynamique et l’évolution des amas et superamas de galaxies.

Notre galaxie, la Voie Lactée, a servi de point de départ à l’exposé. Il rappelle que cette spirale barrée est constituée de 200 milliards d’étoiles. L’une d’entre-elles, le Soleil, est situé dans le bras d’Orion, aux deux tiers en partant du centre vers l’extérieur. La galaxie tourne sur elle-même en 200 000 ans, ce qui fait que le mouvement de notre système solaire autour du centre, se fait à la vitesse de 220 km/s (soit 792 000 km/h !).

Cette galaxie est composée d’un noyau en forme de bulbe, et de bras spiraux situés dans un disque de longueur égale à 3 kpc (kiloparsec) et d’épaisseur 0,3 kpc. Le halo qui l’entoure contient 1/10ème de la totalité de sa matière.

Nos galaxies satellites, le Grand et le Petit Nuage de Magellan, sont devenues informes après leurs sept ou huit collisions avec la Voie Lactée, au cours desquelles elles ont laissé beaucoup d’étoiles dans les queues de marée.

La galaxie d’Andromède, M 31, notre proche voisine, est tout de même située à plus de 2 millions d’a.l. Elle est deux fois plus massive que notre Voie Lactée et possède un pont de matière jusqu’à cette dernière : c’est ce qu’a révélé une photo prise au VLT au cours d’une pose de 70 heures.

Parmi d’autres, on pourrait citer l’énorme radiogalaxie de la constellation du Centaure, constituée de deux galaxies ayant coalescé.

Dans « l’Univers proche », on voit des galaxies elliptiques, en proportion de 70%, quelques lenticulaires pour 5% et 25% de galaxies spirales ou spirales barrées. – Voir la classification de Hubble –

Dans la Grande Ourse, où se trouve le centre du « Hubble Deep Field », on peut voir des galaxies lointaines situées à 8 milliards d’a.l.

La découverte de galaxies de plus en plus lointaines a permis à Hubble de mesurer les vitesses des galaxies. Connaissant leur distance grâce à une relation entre période et magnitude absolue d’une part, puis une autre reliant magnitude apparente, magnitude absolue et distance, il a établi une loi donnant leur vitesse : v = H0 d.

H0 est la constante de Hubble dont Dominique Proust donne une valeur égale à 69 km/s/mpc, tandis que D. Valls Gabaud a calculé 72 km/s/mpc.

C’est, en fait, l’abbé Lemaître qui a découvert, le premier, que les galaxies s’éloignent à grande vitesse et que, par conséquent, l’Univers est en expansion.

Les galaxies ne sont pas distribuées de manière uniforme dans l’espace qui a une structure en forme d’éponge naturelle, avec des feuillets, ou filaments, des concentrations de galaxies et des vides. Les galaxies semblent préférentiellement distribuées le long des filaments. A l’intersection de ces filaments se situeraient les amas de galaxies. Les filaments peuvent mesurer jusqu’à 200 ou 300 mpc (mégaparsec).

L’astronome Abell a photographié des amas, puis fait des comptages, trouvant ainsi 2500 à 3000 galaxies par amas. De nombreux amas portent le nom Abell suivi d’un numéro ; Dominique Proust nous a montré une photo d’Abell 3558, entre autres. Ces structures se placent dans la toile cosmique.

Tout en participant au mouvement d’expansion de l’Univers, les galaxies peuvent avoir des vitesses propres de mouvements de collision ou de coalescence. La fusion de leurs disques produit un bulbe sphéroïde allongé, donnant ainsi des galaxies elliptiques, principalement situées au centre des amas, tandis que les galaxies spirales glissent le long des filaments vers le centre des amas.

Au cours de l’année 2000 a été mis en évidence le superamas de galaxies Shapley-8. Il est constitué de 64 amas de galaxies, ce qui lui confèrerait une masse de 5.1016 fois la masse du Soleil. Il fait dévier  notre groupe local dans sa direction, nous déconnectant ainsi de l’expansion de l’Univers.

L’une des méthodes d’investigation utilisée est la spectroscopie multi-objets ; de nombreuses fibres optiques  aboutissent à une plaque photo sur laquelle sont enregistrés des spectres résultant de longues poses d’une durée de 4 heures. Une autre en est la spectroscopie intégrale de champ, qui permet d’enregistrer le spectre d’une galaxie dans toute la largeur de son disque et d’établir ensuite des courbes de vitesse de rotation. Cela permet de connaître la quantité de matière noire renfermée par la galaxie.

La conférence de Dominique Proust s’est terminée par la projection d’une animation nous permettant d’appréhender ces formations d’amas et de superamas de galaxies dans l’Univers.

Christine LAULHERE