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    La Voie lactée  
    Raphaël Chevrier & Philippe Henarejos - Ciel & Espace, no 506 - 2012-07-01      
    Notre galaxie, la Voie lactée, n'a réellement été étudiée et comprise qu'à partir des années 1930.
Aujourd'hui, les astronomes l'ont cartographiée en grande partie.
Ils explorent maintenant son centre et les régions les plus éloignées du Système solaire.
 
    Visible depuis la Terre comme une longue traînée irrégulière scindant le ciel nocturne en deux, la Voie lactée est la galaxie à laquelle appartient le Système solaire. Du fait de notre position périphérique au sein de cet immense disque d'étoiles, nous ne distinguons que quelques milliers des centaines de milliards d'astres qui le composent. La plupart d'entre eux sont trop lointains pour apparaître autrement que comme un subtil poudroiement, partiellement obscurci par d'immenses nuages de poussière interstellaires. Dans les années 1990, les télescopes spatiaux observant dans les ondes radio et infrarouge proche, tels que Spitzer ou encore Cobe, mais aussi Hubble, ont permis de saisir la répartition des 200 milliards d'étoiles et des innombrables nuages de gaz moléculaires qui composent la Voie lactée. Nous savons aujourd'hui que la Galaxie est dotée de quatre grands bras spiraux en rotation autour d'un bulbe. Au centre de celui-ci réside un trou noir supermassif.  
   

Toutes les étoiles du ciel appartiennent à notre galaxie. Mais seules les 3’000 plus proches apparaissent comme des points. Des milliards d'autres ne sont perceptibles que comme une brume blanchâtre.

 
   

En chiffres

 
13,6   C'est, en milliards d'années, l’âge de la Voie lactée, estimé grâce à des observations d'étoiles faites en 2004 avec le Very Large Telescope.  
1   C'est, en masse solaire, le taux annuel de formation stellaire de notre galaxie, soit environ 1 à 10 étoiles créées par an.  
   

 

 
   

Depuis la Terre, nous voyons cet immense disque d'étoiles par la tranche. Les nuits d'été, c'est l'écharpe claire qui traverse le ciel - d'où son nom de Voie lactée, donné par Les Anciens.

 
   

Voici le portrait officiel de la Voie lactée, dressé grâce à toutes les observations des astronomes. C'est une galaxie spirale légèrement barrée. Son diamètre est de 100’000 années-lumière. Le Soleil se trouve à 26’000 années-lumière du centre.

 
   

Un système de 200 milliards d’étoiles

 
   

 
   

Toutes les étoiles du ciel appartiennent à notre galaxie. Mais seules les 3’000 plus proches apparaissent comme des points. Des milliards d'autres ne sont perceptibles que comme une brume blanchâtre.

 
Galaxie naine du Sagittaire   Notre voisine la plus proche est en train de se faire avaler par la Voie lactée. D'un diamètre de seulement 10’000 années-lumière et principalement constituée de quatre amas globulaires, elle devrait traverser le disque galactique d'ici 100 millions d’années.  
Amas globulaires   Ces gigantesques ensembles de vieilles étoiles se sont formés, pour la plupart, en même temps que la Voie lactée. Ils se répartissent dans le halo galactique – un espace sphérique centré sur le bulbe.  
Bulbe   Cette zone dense et lumineuse renferme de vieux astres. Son épaisseur est de 6’000 années-lumière, son diamètre, d'environ 15’000 années-lumière. La barre d'étoiles présente en son centre a été découverte tardivement, du fait de sa faible inclinaison par rapport au Soleil.  
Trou noir supermassif   Le centre galactique est caractérisée par une source radio intense, nommée Sagittarius A*. Le mouvement de la matière autour de lui trahit la présence d'un gigantesque objet compact : un trou noir géant, 4 millions de fois plus massif que le Soleil.  
Bras spiraux   La Voie lactée compte quatre bras principaux, ainsi que des petits embranchements dans lesquels se trouve notamment notre Système solaire. Les bras contiennent une forte concentration de gaz et de poussières interstellaires.  
Nuages sombres   De grands nuages de poussières interstellaires obscurcissent des zones entières du disque galactique. Ils sont issus des étoiles ayant explosé en supernovae.  
M13, ou amas d’Hercule   Merveille à observer dans le ciel d'été, le grand amas d'Hercule fait parti des plus vieux amas globulaires de la Voie lactée.  
M4   Amas globulaire le plus proche de la Terre, et l'un des moins concentrés en étoiles.  
Oméga du Centaure   C'est le plus grand amas globulaire de la Galaxie, et le seul visible a l'œil nu. D'un diamètre de 150 années-lumière, il contient plus de 10 millions d'étoiles. Il est le vestige d'une galaxie naine.  
Eta de la Carène   Cette étoile d'environ 100 fois la masse du Soleil est située dans la constellation de la Carène, au sein d'une nébuleuse. C’est l’une des étoiles les plus massives et lumineuses de la Galaxie. Elle devrait exploser en supernova d'ici 100'000 ans.  
Cygnus X-1   Nichée dans la constellation du Cygne, cette source à rayons X est le trou noir le plus proche de la Terre. Cygnus X-l se trouve à 6’000 années-lumière de nous.  
Amas ouverts   Ces ensembles résultent de la naissance des étoiles en groupes. Composés de plusieurs centaines à plusieurs milliers d'étoiles, ils se dispersent en quelques centaines de millions d’années.  
Le Soleil   De petite masse, notre étoile a un éclat discret. Elle tourne en 230 millions d'années autour du centre galactique, dont elle est séparée de 26’000 années-lumière.  
Rhô de Cassiopée   De telles étoiles hypergéantes jaunes sont très rares dans la Voie lactée. Sa luminosité – 500’000 fois celle du Soleil - en fait l'étoile la plus lointaine visible à l’œil nu. Cet astre en fin de vie éjecte régulièrement de grosses quantités de matière, signe qu'elle va bientôt exploser en supernova, si ce n'est déjà fait.  
Deneb   Etoile la plus brillante de la constellation du Cygne.  
   

La Voie lactée, lieu de vie et de mort des étoiles

 
Naissances en groupes   Les étoiles de la Galaxie naissent en escadrilles au sein des nébuleuses, par l'effondrement gravitationnel de nuages de gaz et de poussière. Les nuages de la Lagune cachent ainsi des centaines de futures étoiles. Proche du Système solaire (distante tout de même de 5’000 années-lumière), cette nébuleuse visible à l'œil nu s’étend sur plus de 100 années-lumière.  
   
 
Des adolescentes turbulentes   Une fois formées, les jeunes étoiles émettent de violents rayonnements ultraviolets et de forts vents stellaires. Ceux-ci creusent des cavités dans les nébuleuses et débarrassent les astres de leur brouillard de naissance. Il ne reste plus ensuite qu'un amas stellaire, comme ici, NGC 3603, composé des étoiles les plus massives de la Voie lactée.  
   
 
Une fin de vie en beauté   Les étoiles qui dessinent les bras spiraux de la Galaxie ne sont pas éternelles. Les moins massives expirent après plusieurs milliards d'années d'une vie paisible, Avant de mourir, elles éjectent leurs couches périphériques, créant une enveloppe de gaz en expansion. Le rayonnement intense du cœur de l’étoile, mis à nu et devenu une naine blanche, fait briller ces nuées baptisées "nébuleuse planétaire". Celle de l’Haltère en constitue un bel exemple. Elle est située à 1’360 années-lumière de la Terre, dans la constellation du Petit Renard.  
   
 
Minigalaxie   La Voie lactée est entourée de groupes d'étoiles, qui ressemblent à des minigalaxies elliptiques et qui gravitent hors de son plan équatorial. Ce sont les amas globulaires. M 15, niché dans la constellation de Pégase, est l’un des plus denses et des plus remarquables. A ce jour, on connaît 160 amas globulaires de ce type qui peuplent le halo de la Voie lactée. M 15, distant de 35’000 années-lumière, contient environ 100’000 étoiles.  
   
 
Explosion fatale   Une supernova est l’explosion brutale par laquelle meurent les étoiles les plus massives. Au total, huit supernovae ont été vues dans la Voie lactée, Simeis 147 est le vestige gazeux de l’une de ces explosions stellaires, qui a eu lieu voici 40’000 ans, à 3’000 années-lumière de la Terre. Le gaz de l'ancienne étoile continue il se disperser dans l'espace. Un jour peut-être, il servira au sein d'une nouvelle nébuleuse à former de futures étoiles.  
   
 
   
 
   

Histoire de notre galaxie

 
Antiquité   La Voie lactée doit son nom à la mythologie grecque. En arrachant de son sein Hercule, enfant illégitime de Zeus, Héra répand sur le ciel une longue giclée de lait qui forme la Voie lactée. Selon les mythologies, le ruban de la Galaxie est également associé à un serpent, une couture dans la toile cosmique, ou encore un arbre céleste.  
1610   En pointant sa lunette vers la Voie lactée, Galilée le décrit comme un essaim d'étoiles trop peu brillantes pour être résolues individuellement à l'œil nu. Seule la somme de leur éclat serait alors perceptible.  
1785   William Herschel est à l’origine du premier travail scientifique consacré à la Galaxie. Il tente de dénombrer les étoiles du ciel, persuadé que ses télescopes iront jusqu'au bout de la Voie lactée. Quarante ans plus tard, admettant son échec, il écrira : "La Voie lactée est insondable."  
1918   En étudiant la répartition des amas globulaires, l’Américain Harlow Shapley émet l'idée révolutionnaire que le Soleil n'est pas au centre de la Voie lactée. Centre situé dans la direction de la constellation du Sagittaire, selon lui.  
   
 
1930   Après un siècle de modèles contradictoires pour décrire la structure de la Voie lactée, un consensus se met enfin en place : celui d'une galaxie spirale avec un bulbe central (comme NGC6744).  
1991   Leo Blitz et David Spergel détectent un noyau galactique en forme de barre composé de vieilles étoiles. En 2005, grâce à ses détecteurs dans l'infrarouge, le télescope spatial Spitzer confirme la nature de la Voie lactée : un bulbe entouré d'un disque de gaz, de poussières et d'étoiles répartis en spirales.  
Octobre 2002   La découverte d'une étoile en rotation rapide dans une orbite proche du centre galactique confirme la présence d'un énorme trou noir niché au cœur de la Voie lactée.  
   

 

 
    Depuis les années 1950, on pensait la Voie lactée tout à fait ordinaire. Les choses ont changé à partir des années 2000, où l'accumulation d'observations sur les galaxies proches nous a confirmé sa nature exceptionnelle. Ainsi, comparés à la vitesse de rotation de son disque, son contenu en étoiles et son rayon sont bien inférieurs à ceux des galaxies classiques. On peut l'expliquer par son passé très calme. La dernière collision entre la Voie lactée et une autre galaxie remonte à 11 milliards d'années, soit presque l’âge de l'Univers ! Or, ce genre de collision tend à élargir et à enrichir d’étoiles le disque galactique."
François Hammer, astronome à l'observatoire de Paris
 
   

 

 
   

Un trou noir en son coeur

 
    En étudiant le mouvement d'étoiles à proximité du centre galactique, les scientifiques y confirment en 2002 l'existence d'un trou noir supermassif de 4 millions de fois la masse du Soleil. Si, à présent, il est assez discret, cela n'a pas toujours été le cas. Des astronomes le suspectent d'avoir connu une brusque crise de boulimie de matière voici 400 ans, révélée grâce à l'échauffement des nuages de gaz alentour, produisant d'intenses rayonnements X et gamma. Nous pourrons même assister à l'engloutissement d'une nébuleuse en 2013. À mesure que le nuage de gaz s'approchera du trou noir, il s'échauffera au point d'émettre à son tour de puissants rayons X.  
   

Destinée à fusionner

 
    La Voie lactée appartient au Groupe local. Cet ensemble d'une quarantaine de galaxies devrait à terme se fondre en une seule et même galaxie. La fusion commencera d'ici 4 milliards d'armées par la collision entre les deux membres les plus massifs du Groupe local : la Voie lactée et la galaxie d'Andromède (ou M 31, distante actuellement de 2,9 millions d’années-lumière). Pour autant, quasiment aucune de leurs étoiles ne se percutera. Elles ne feront que se croiser et se dévier par leurs effets gravitationnels.  
   

La fusion de M31 et de notre galaxie, représentée depuis la Terre.

 
   

Quelle sœur jumelle pour la Voie lactée ?

 
    Durant des décennies, la galaxie d'Andromède fut considérée comme la jumelle de la Voie lactée. Or, elle est deux fois plus massive, est dotée d'un trou noir cent fois plus imposant et possède en son sein de puissants courants d'étoiles jamais observés dans notre galaxie.  
   

La galaxie spirale NGC 1232

 
    La Voie lactée ressemblerait davantage à la galaxie spirale NGC 1232, située à 60 millions d'années-lumière dans la constellation de l'Éridan. En juin 2011, les astronomes de l’Observatoire européen austral (ESO) produisent un cliché d'une autre galaxie spirale barrée NGC 6744, à 30 millions d'années-lumière, dans la constellation du Paon. Bien que deux fois plus large, NGC 6744 apparaît comme semblable à la Voie lactée.  
   

L’exploration continue

 
    The Milky Way Project est le dernier-né de la plateforme Zooniverse. Une équipe d'astronomes professionnels fait appel aux internautes pour classer des images de zones de formation d’étoiles. Mark Reid, du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, mène quant à lui un grand projet visant à repérer précisément les bras spiraux de la Voie lactée et à mesurer le mouvement de ses étoiles jeunes et massives. Il sera aidé par le satellite européen Gaïa, dont le lancement est prévu en août 2013. L’engin doit, entre autres, étudier les structures spatiales, la composition et les mouvements du disque, du bulbe et du halo de la Voie lactée. Enfin, en 2014, le Very Large Telescope, au Chili, se verra doté de l'instrument Gravity, capable d'observer les abords du trou noir central.  
   

 

 
       
  top Ciel & Espace, no 506 - 2012-07-01