Astronomie et cosmologie

Les nébuleuses spirales

Dans la chevelure de Bérénice, trône M 99, une superbe spirale (çi dessous). Les bras sont en fait des ondes de densité qui se propagent dans le disque d'étoiles et de gaz.

Ce n'est pas un hasard si les "nébuleuses spirales" ont trés tôt retenu l'attention des astronomes: ce sont les plus belles des galaxies. Loins de former une classe homogène, eles offrent au regard le spectacle d'infinies variations sur un même thème. Il existe des spirales barées, floculantes, avec bulbe, sans bulbe, etc... En son temps, Hubble avait déjà fait le tri. Mais les lois physiques qui régissent ces structures lui échappaient.

Une galaxie spirale est essentiellement un mince disque de gaz, de poussière et d'étoiles qui ne tournent pas "d'un seul bloc" sauf celles situées prés du centre. Comme les étoiles prochent du bord du disque mettent daventage de temps à faire un tour de galaxie que leur congénères moins exentrées, on pourait croire que c'est cette rotation différentielle qui donne naissance aux bras spiraux. Mais la loi de la physique gravitationelle donne un bilan bien différent. En effet, les étoiles tournent trop vite, et surtout tournent avec des différences de vitesse trop importantes du bord au centre (un facteur 100), pour endre compte de la pérénnité des bras spiraux. S'ils avaient toujours été composés des mêmes étoiles, ils auraient disparu depuis longtemps, enroulés jusqu'à dilution totale dans le disque.

Comment expliquer alors qu'ils sont toujours là 10 milliards d'années aprés la formation des galaxies spirales? On peut supposer que les bras spiraux sont la conséquence d'un jeu subtil entre force de gravité et rotation différentielle. Ce ne sont pas des structures matérielles, constituées d'étoiles figées mais des "ondes de densité" qui se propage dans le disque d'étoiles et de gaz de la galaxie. Les étoiles du disque se déplacent plus vite à l'extérieur des bras spiraux que lorsqu'elles les traversnt. Avec une conséquence trés importante. En entrant dans un bras spiral, où les étoiles se trouvent donc en sur-densité par rapport au reste du disque, le gaz interstellaire est lui aussi freiné et subit une forte compréssion. Celle-çi s'accompagne de violentes ondes de choc qui destabilisent le gaz, au point d'entraîner des éfondrements de certaines régions.Ce sont sont eux qui, dans les bras spiraux, donnent naissance à de nouvelles étoiles. Parmi ces nouveau-nées, certaines brillent beaucoup plus que d'autres. Mais elles ne vivent pas longtemps, environ 10 millions d'années: à peine le temps de s'extraire d'un bras! Durant ce laps de temps, elles rendent les spirales éclatentes et magnifiques par rapport au reste du disque.