Amas de galaxies

Amas et superamas

De même que les étoiles naissent en (grands) groupes, et restent d'ailleurs souvent en (petit) groupe toute leur existence (deux étoiles sur trois sont multiples, pense-t-on), les galaxies ne sont pas en général isolées. Elles se groupent en amas, eux-même groupés en superamas. Cette hiérarchie des structures doit refléter les conditions de leur formation. On a tendance aujourd'hui à préférer les scénarios "du bas vers le haut", où on commence par former des agrégats d'étoiles, puis des galaxies, puis des amas de galaxies, puis des super-amas. Il n'y a pas d'amas de super-amas, entre autres parce que l'univers n'est pas assez vieux pour qu'ils aient eu le temps de se former. Les tailles caractéristiques des amas de galaxies sont de l'ordre de quelques Mpc (une dizaine de millions d'AL). Celles des super-amas sont de l'ordre de quelques dizaines de Mpc (une centaine de millions d'AL).

La répartition des super-amas dans l'espace est intéressante, car pas du tout aléatoire. En fait, on peut imaginer l'espace comme une mousse (ci-contre, simulations en 2D et 3D), les galaxies occupant uniquement les parois des bulles, et laissant vides les intérieurs. Ce genre de répartition sous l'effet de la gravité dépend de la répartition des fluctuation initiales de densité (voir le cours de cosmologie); c'est l'une des choses que la cosmologie doit un jour expliquer. Une de plus...

Le Groupe Local

Sous ce nom très original se cache le petit amas dont notre Voie lactée et la Nébuleuse d’Andromède sont les membres dominants. On lui connaît aussi une petite spirale (M33 des Chiens de Chasse), deux elliptiques, et 27 irrégulières. Il y a sans doute d'autre membres de très faible luminosité, non encore découverts. Chacune des deux grandes spirales a un ensemble de petites galaxies satellites autour d'elle. L'ensemble mesure environ 1Mpc (un peu plus de 3 10⁶ AL)

Grands amas proches

L'amas de la Vierge (d'après le nom de la constellation derrière laquelle il apparaît dans notre ciel) est à environ 16 Mpc (52.10⁶ AL) de nous. Il contient quelques centaines de galaxies, essentiellement des spirales et des irrégulières. Il contient tout de même une elliptique géante, M87, située en son centre. On pense qu'il s'agit d'un cas de cannibalisme galactique (voir plus loin). L'amas de la Chevelure de Bérénice, à 100Mpc (300.10⁶ AL) de nous, est un grand amas, riche de plusieurs milliers de galaxies. Celles-ci sont essentiellement, dans ce cas, des elliptiques ou des spirales S0, quoique que quelques spirales existent à la périphérie. Deux elliptiques géantes occupent, là encore, le centre de l'amas...Le fait que les galaxies elliptiques habitent volontiers les centres denses des amas, les spirales se trouvant plutôt en périphérie, semble être une constante; ceci a certainement un rapport avec l'évolution des galaxie dans les amas, et la fréquence des rencontres...

Les inconvénients de la promiscuité

Dans les amas, les galaxies sont à des distances qui ne sont pas démesurées, de l'ordre de dix fois leur diamètre seulement. Remarquons au passage que dans une galaxie, les étoiles sont séparées en moyenne par dix millions de fois leur diamètre! Les rencontres de galaxies sont donc certainement assez fréquentes. La grande galaxie d'Andromède, par exemple, se rapproche de nous à 90 km/s, et nous heurtera dans quelques milliards d'années.

Une telle rencontre n'est pas forcément catastrophique. Si la collision est évitée, s'il s'agit juste d'un passage très rapproché, alors les forces de gravité (forces de marées) déforment les galaxies, c'est à dire perturbent les orbites de leurs étoiles. Il y a développement de bras, d'éphémères ponts de matière, il peut y avoir échange de gaz ou d'étoiles. Le spectacle est magnifique pour les habitants de l'une et l'autre ggalaxie, sans plus...
        
Quand il y a rencontre "de plein fouet", les étoiles et le gaz ne réagissent pas du tout de la même façon. Les étoiles voient là encore leurs orbites perturbées, les galaxies sont déformées par effet de marée, mais les chocs d'étoiles sont inexistants, compte tenu de la très grande séparation de ces objets dans une galaxie. La meilleure image que l'on puisse donner de cette rencontre est celle de deux armées qui marchent à la rencontre l'une de l'autre dans une immense plaine désertique, chaque soldat étant séparé de ses voisins par une distance de 2000 à 5000 km. Que croyez-vous qu'il arrivera ? Rien, évidemment... Pour les nuages de gaz interstellaires, c'est très différent, car ils occupent beaucoup plus de place, et les atomes y sont beaucoup plus nombreux et serrés; les nuages de gaz des deux galaxies s'écrasent l'un contre l'autre, sont comprimés et chauffés dans le choc. Ceci déclenche une formidable flambée de formation d'étoiles! Dans l'opération, les deux galaxies peuvent perdre entièrement leurs disques de gaz.

Un détail de la partie centrale "montre" le noyau caché derrière la bande de poussière, mais aussi les nombreuses supergéantes bleues crées par la collision. Tout en bas, NGC 4650A, une galaxie à anneau polaire.

Il existe enfin un cas particulier, c'est celui où une galaxie très massive attire vers elle une petite galaxie, et l'avale sans autre forme de procès... On parle là de cannibalisme galactique, et l'on suppose que c'est l'explication de la présence fréquente d'une elliptique géante, appelée galaxie cD, au centre des amas de galaxies. On connaît des cD à plusieurs noyaux, restes probables du dernier festin. Donc, finalement, on peut faire une elliptique en mélangeant des spirales...

Le cannibalisme galactique a du être plus fréquent lorsque l'univers était plus jeune, et les galaxies plus proches les unes des autres. Les images très profondes réalisées avec le Télescope Spatial montrent en effet plus de galaxies déformées, plus de spirales.