Le diapason de Hubble et la classification des galaxies

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• Types de galaxies
• Spirales
• Irrégulières

Coïncidant avec sa découverte des étoiles céphéides dans Andromède, Edwin Hubble travaillait au milieu des années 1920 à l’étude plus détaillée d’autres galaxies (même si, à ce moment-là, la terminologie courante consistait encore à les qualifier de nébuleuses). Lors de la découverte d’une nouvelle classe d’objets, il arrive souvent que les astronomes inventent un système de classification comme première étape pour tenter de comprendre ces objets. C’est à Hubble que l’on doit la création d’un schéma de classification des galaxies, que l’on désigne généralement sous le nom de son diagramme du  » diapason « .

Figure 9.2 : Diagramme du schéma de classification du diapason de Hubble, tiré du Hubblesite. Il s’agit d’un type d’image classique encore utilisé par les astronomes aujourd’hui pour montrer comment les galaxies sont classées. A gauche, quatre images de galaxies elliptiques allant de presque circulaires / sphéroïdales (type E0) à elliptiques / ellipsoïdales très allongées (E7). Vient ensuite l’image d’une galaxie S0, considérée comme un objet de transition dont certaines propriétés sont similaires aux galaxies spirales et d’autres plus proches des galaxies elliptiques. A ce point du diagramme, la forme en « diapason » bifurque — avec trois images de galaxies spirales en haut et trois images de galaxies spirales barrées en bas. En progressant le long du haut de Sa à Sb à Sc ou le long du bas de SBa à SBb à SBc, les bras s’ouvrent plus largement et le bulbe central devient moins proéminent.

Crédit : Space Telescope Science Institute

Le diapason de Hubble a été reproduit de nombreuses fois avec de nombreux ensembles différents d’images de galaxies. Une version particulièrement détaillée a été produite par le groupe Spitzer Infrared Nearby Galaxies Survey (SINGS). Le groupe a rédigé un bref article décrivant son travail que vous pouvez lire. Si vous souhaitez l’imprimer en tant que poster de taille réelle pour votre classe, ils ont mis à disposition un fichier TIFF de 4200×3600 qui offre une résolution suffisante pour le faire.

Il devient très évident après avoir observé seulement quelques galaxies, comme Hubble l’a fait, qu’il existe une grande variété de types. Certaines sont sans caractéristiques, tandis que d’autres ont des bras spiraux très distincts. Vous trouverez ci-dessous des liens vers un certain nombre d’images de différents types de galaxies. Après avoir observé un certain nombre de galaxies différentes, nous discuterons du schéma de classification de Hubble ci-dessous.

Edwin Hubble a classé les galaxies en utilisant les types que vous voyez illustrés sur les deux images de diapason ; celle ci-dessus et l’image SINGS. Ses principaux types sont :

• Spirales,
• Spirales barrées,
• Elliptiques,
• et Irrégulières.

A l’intérieur de chacun de ces groupes, il existe également des sous-classifications.

Galaxies spirales

Une galaxie spirale est classée comme une galaxie S avec une sous-classification a, b, ou c, donc par exemple, M51 ci-dessus est classée comme une galaxie Sb. Les sous-classes sont divisées en fonction de la dominance de la composante du bulbe de la galaxie. Dans les galaxies Sa, le bulbe domine la galaxie, tandis que dans les galaxies Sc, le bulbe est beaucoup plus petit. Ceci est étiqueté sur le diapason SINGS.

L’apparence des bras spiraux change également entre les sous-classes a, b, et c. Dans les galaxies Sa, les bras sont étroitement enroulés autour du bulbe, tandis que dans les galaxies Sc, les bras sont beaucoup plus lâches, et semblent souvent plus agglutinés que les bras lisses d’une galaxie Sa. Les galaxies Sb ont des propriétés intermédiaires entre celles des galaxies Sa et Sc.

Nous pouvons classer les galaxies spirales edge-on en fonction de l’aspect de leur bulbe, même sans pouvoir voir les bras spiraux. Ainsi, par exemple, la spirale de bord à bord M104 – la galaxie Sombrero, vue ci-dessous, peut être classée comme une galaxie Sa.

Figure 9.3 : Image Hubble de M104, une galaxie spirale Sa vue de bord

Voici une autre galaxie spirale de bord à bord, NGC 4565. Pouvez-vous deviner le type qui lui serait attribué, Sa, Sb ou Sc ? Quelle est la différence la plus évidente entre NGC 4565 et M104 ?

Figure 9.4 : Image au sol de NGC 4565

Crédit : NOAO / AURA / NSF

Puisque la Voie lactée est une galaxie spirale, vous pouvez considérer ses propriétés comme illustrant les galaxies spirales en général. Les galaxies spirales comme la Voie lactée contiennent souvent de grandes quantités de gaz et de poussière, et étant donné la présence de gaz, on constate qu’elles contiennent beaucoup de jeunes étoiles et de régions de formation d’étoiles. Les couleurs des galaxies spirales varient d’un endroit à l’autre de la galaxie, mais en raison de la présence d’étoiles O&B dans ces galaxies, leurs couleurs globales ont tendance à être vers l’extrémité bleue du spectre.

Spirales barrées

Dans certaines galaxies spirales, le bulbe a un BAR bien défini qui passe à travers le bulbe. Hubble a classé ces galaxies en les désignant comme des galaxies SB avec des sous-classes a, b et c, tout comme les spirales normales. Les bras spiraux des spirales barrées semblent naître aux extrémités de la barre, et non dans le bulbe, comme dans les spirales normales. Nous pensons que la Voie lactée est une spirale barrée, peut-être de type SBb ou SBc. L’image schématique de la Voie lactée que vous avez étudiée dans une leçon précédente montre la barre de la Voie lactée. Outre la présence de la barre, les propriétés des galaxies spirales barrées sont très similaires aux spirales normales.

Elliptiques

Les galaxies elliptiques (type E dans le schéma de Hubble) sont des galaxies sans caractéristiques qui semblent n’être qu’une boule d’étoiles. Elles n’ont pas non plus de couloirs de poussière et de nuages de gaz évidents comme nous le voyons dans les galaxies spirales. Il n’y a pas de visite guidée d’une galaxie elliptique sur l’image de Hubble, car il n’y a pas de caractéristiques à visiter ! Sans gaz ni poussière, il n’y a pas de jeunes étoiles ou de régions de formation d’étoiles comme dans les galaxies elliptiques typiques. Les couleurs et les spectres globaux des galaxies elliptiques sont très similaires à ceux des étoiles K, puisqu’ils sont dominés par ces vieilles étoiles rouges.

Les sous-classes de la classe elliptique se voient attribuer des numéros en fonction de leur apparence ronde. Les elliptiques les plus rondes sont appelées galaxies E0, et les galaxies de forme la plus elliptique que nous avons observées sont étiquetées galaxies E7. La désignation numérique est déterminée par le rapport entre le grand axe (a) et le petit axe (b) de l’objet. L’ellipticité est définie comme e = 1 – (b/a), donc un cercle aura une ellipticité de 0, et une galaxie hautement elliptique avec un axe mineur de 30% de la longueur de son axe majeur aura une ellipticité de e = 1 – (3 / 10) = 0,7. Une galaxie E0 a une ellipticité de 0, et une galaxie E7 a une ellipticité de 0,7. Pour déterminer la classification de Hubble, il faut donc multiplier l’ellipticité par 10. Sachez que, comme pour les galaxies spirales, l’image que nous avons de cet objet est une projection en 2D d’un objet en 3D, et que la classification ne vous indique donc que son apparence depuis votre point de vue. Si vous considérez un ballon de football comme une analogie décente pour une galaxie elliptique (voir l’image ci-dessous), si vous le regardez de côté comme dans l’image, vous pouvez voir sa nature elliptique. Cependant, si vous la regardez du point de vue de la pointe du ballon de football, elle semblera être circulaire. Ainsi, une galaxie elliptique qui nous apparaît comme un E0, pourrait apparaître comme un E7 à un observateur vivant dans une galaxie lointaine avec un point de vue différent du nôtre.

Figure 9.5 : Football américain

Source : Wikimedia

Il existe certaines galaxies qui semblent être intermédiaires entre les elliptiques et les spirales. Ce sont des galaxies à disque avec des bulbes, mais elles ont très peu ou pas de gaz et de poussière comme les autres spirales. Leurs disques ne présentent pas non plus de signes de bras spiraux. Ces galaxies sont généralement appelées galaxies lenticulaires ou galaxies S0.

Irrégulières

Enfin, nous avons la catégorie « divers ». Tout ce qui est tellement inhabituel qu’il ne peut pas entrer dans l’une des catégories normales est appelé une galaxie irrégulière. Il y a deux sous-classes dans ce groupe, aussi. Les galaxies irrégulières I (comme les Nuages de Magellan) semblent avoir une certaine structure spirale, mais celle-ci semble avoir été perturbée. Les galaxies irrégulières II sont beaucoup plus perturbées que les galaxies Irr I et semblent avoir été victimes d’un type d’événement violent qui a complètement perturbé leur forme originale. On constate que de nombreuses galaxies irrégulières contiennent de nombreuses jeunes étoiles et connaissent une importante formation stellaire en cours.

En conclusion…

À ce stade, il convient de noter que la classification des galaxies n’est pas une entreprise très précise. En fait, si vous faites des recherches complémentaires sur certaines des galaxies ci-dessus, vous trouverez une variété de classifications données pour le même objet. Par exemple, M81 peut être étiqueté Sa ou Sb. Selon le type d’observations effectuées (par exemple, les observations optiques par rapport aux observations infrarouges), une spirale barrée peut avoir une barre proéminente dans une image, et elle peut être presque inobservable dans une autre. Ainsi, vous pouvez trouver la même galaxie classée comme une Sb ou une SBb selon la façon dont elle a été observée.

Il y a beaucoup d’autres propriétés des galaxies que nous pouvons discuter en détail, mais pour conclure notre discussion sur les galaxies normales, nous devrions brièvement discuter de la taille des galaxies typiques. Parmi les spirales et les spirales barrées, il y a une quantité raisonnable d’uniformité. Certaines galaxies spirales, comme M33, sont sensiblement plus petites que d’autres, comme M31, qui est environ quatre fois plus grande. Cependant, en général, les différences sont faibles. Dans la classe des galaxies elliptiques, cependant, il existe un éventail de tailles beaucoup plus large. Certaines galaxies sont qualifiées d’elliptiques naines car elles partagent de nombreuses propriétés des galaxies elliptiques mais sont nettement plus petites et moins massives. NGC 205 en est un exemple. Si l’on recense les galaxies de l’Univers, il apparaît que, par leur nombre, les elliptiques naines constituent le type de galaxie le plus courant dans l’Univers.