Comment se forment les galaxies ?

Les plus grandes structures de l’univers lient des milliards, voire des trillions d’étoiles dans leurs jougs gravitationnels massifs. La poussière cosmique et les vastes nuages de gaz remplissent également les galaxies, ainsi que les planètes et autres matières qui peuvent graviter autour des étoiles.

Les galaxies ont commencé il y a près de 14 milliards d’années, avec un point d’épingle inimaginablement chaud, dense et minuscule. Selon la théorie du big bang, cette singularité était l’univers dans son intégralité. Puis il a explosé, se refroidissant et s’étendant dans le processus. Imaginez une feuille de papier en boule se déployant en une carte géante, et vous avez un modèle très grossier de ce qui s’est passé.

Après le big bang, l’univers primordial n’était constitué que de rayonnement et de particules subatomiques. Comment a-t-il évolué en plus de 100 milliards de galaxies ? Les scientifiques ont deux types de théories, qui s’articulent toutes deux autour des effets gravitationnels de l’effondrement du gaz dans la galaxie primitive.

Tout d’abord, il y a les théories ascendantes, selon lesquelles le gaz s’est effondré et comprimé en amas de la taille d’un million de soleils (cela commence petit pour quelque chose de la taille de l’univers). Ces amas ont ensuite fusionné pour former des galaxies. Les théories descendantes, quant à elles, partent de loin. Cette école de pensée soutient que les amas résultants avaient chacun la taille de plusieurs galaxies, qui se sont à leur tour décomposées en galaxies individuelles. Ces dernières théories expliqueraient pourquoi les galaxies se trouvent en amas.

D’une manière ou d’une autre — ascendante ou descendante — les amas résultants se sont ensuite effondrés en protogalaxies composées de matière noire et d’hydrogène gazeux. L’hydrogène est alors tombé vers le centre de la protogalaxie tandis que la matière noire est restée sous forme de halo extérieur l’entourant.

Les astronomes reconnaissent deux principaux types de galaxies : elliptiques et spirales. Ces différences de forme, selon une théorie, sont dues à la formation des étoiles. Les étoiles se développent à l’intérieur d’une protogalaxie lorsque des nuages de gaz se mélangent et entrent en collision. Si les étoiles d’une protogalaxie se forment toutes en même temps, alors la galaxie mature conserve essentiellement la forme sphérique de la protogalaxie et devient une galaxie elliptique.

Les galaxies spirales se produisent lorsque les étoiles à l’intérieur de la protogalaxie surgissent à des intervalles différents. Le gaz entre les étoiles en développement continue de s’effondrer et les différences gravitationnelles qui en résultent malmènent les étoiles, la poussière et le gaz de la protogalaxie. Ce mouvement force le tout à se transformer en un disque en rotation, et des différences supplémentaires de gravité donnent naissance aux bras spiraux.

Des changements supplémentaires peuvent se produire lorsque les galaxies dérivent trop près les unes des autres ou entrent en collision. Les astronomes pensent que la fusion de deux galaxies donne toujours naissance à une galaxie elliptique. En tant que telle, la Voie lactée n’a probablement jamais fusionné avec une autre galaxie, tandis que les galaxies elliptiques massives que l’on trouve au centre des amas de galaxies sont probablement le résultat de multiples fusions cosmiques.

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