Introduction
Une galaxie est un système gravitationnellement lié d'étoiles, de résidus stellaires, de gaz et de poussière interstellaires, ainsi qu'une composante majeure et mystérieuse : la matière noire. Elles sont les unités fondamentales de la structure à grande échelle de l'Univers, s'organisant en groupes, amas et superamas. Leur diversité de formes, de tailles et d'activités offre une fenêtre unique sur les lois de la physique dans des conditions extrêmes et sur l'histoire cosmique.
Description
Les galaxies sont classées principalement selon leur morphologie visuelle. La séquence de Hubble distingue les galaxies elliptiques (sphériques ou allongées, pauvres en gaz et composées d'étoiles vieilles), les galaxies spirales (avec un bulbe central et des bras spiraux riches en gaz et en jeunes étoiles, comme la Voie lactée et Andromède), et les galaxies irrégulières (sans forme définie, souvent le résultat de collisions). Une sous-catégorie importante est celle des galaxies à sursaut d'étoiles, où le taux de formation stellaire est extrêmement élevé. Au cœur de nombreuses galaxies, notamment les galaxies actives, se cache un trou noir supermassif, dont l'activité peut influencer toute la galaxie. Les galaxies n'existent pas isolément ; elles interagissent, fusionnent et cannibalisent des galaxies plus petites, un processus clé de leur évolution.
Histoire
La nature extragalactique des 'nébuleuses spirales' a été établie lors du 'Grand Débat' des années 1920. En 1924, Edwin Hubble, utilisant le télescope Hooker de 2,5 mètres, identifia des étoiles variables de type Céphéides dans la 'Nébuleuse d'Andromède' (M31). En mesurant leur période de luminosité, il calcula sa distance, prouvant qu'elle était bien un système stellaire distinct, bien au-delà de la Voie lactée. Cette découverte a littéralement multiplié la taille de l'Univers connu. Par la suite, Hubble et d'autres ont classé les galaxies et, en 1929, Hubble découvrit la relation entre le décalage vers le rouge de la lumière des galaxies et leur distance, établissant la loi de Hubble-Lemaître et la preuve observationnelle de l'expansion de l'Univers.
Caracteristiques
Les galaxies présentent une diversité extraordinaire. Leur masse s'étend des galaxies naines (quelques millions de masses solaires) aux galaxies géantes elliptiques (plusieurs milliers de milliards de masses solaires). Leur diamètre va de quelques milliers à plusieurs centaines de milliers d'années-lumière. Elles sont principalement composées de matière noire (environ 85% de leur masse), dont la nature reste inconnue mais dont l'influence gravitationnelle est cruciale pour leur formation et leur cohésion. Le milieu interstellaire, composé de gaz (principalement de l'hydrogène) et de poussière, est le berceau des nouvelles étoiles. Les galaxies évoluent dans le temps : les fusions transforment les spirales en elliptiques, l'activité des trous noirs centraux régule la formation stellaire, et le gaz s'épuise progressivement.
Importance
L'étude des galaxies est fondamentale en cosmologie. Elles sont des traceurs de l'expansion de l'Univers et de la distribution de la matière noire. Leur formation et leur évolution sont liées aux conditions initiales du Big Bang. Comprendre les galaxies, c'est comprendre comment la matière ordinaire s'assemble pour former des étoiles et des planètes, et donc les conditions nécessaires à l'apparition de la vie. La découverte de l'exoplanétologie a étendu cette quête à des milliards de systèmes stellaires au sein de ces galaxies. Enfin, l'observation des galaxies les plus lointaines nous permet de remonter le temps et d'observer l'Univers dans sa jeunesse, testant ainsi nos modèles cosmologiques.
