Les galaxies sont les plus anciennes grandes structures de l'Univers, elles ont toutes au moins plusieurs milliards d'années de vie déjà. Elles semblent éternelles mais ne le sont pas. En réalité, le gaz dont elles sont formées est utilisé par les nouvelles étoiles, pour qu'elles se créent, mais au bout d'un moment, ce gaz devient rare et insuffisant pour le développement de nouvelles étoiles. Ainsi, la galaxie ne contient plus que de vieilles étoiles et s'éteint.
Notre galaxie s'appelle la Voie Lactée, Milky Way en anglais. On l'appelle de cette façon car, d'après les croyances de l'époque, le monde fut créé par les dieux. Une déesse était en train d'allaiter son enfant lorsqu'elle fit un mauvais mouvement et le lait de son sein s'éjecta dans le ciel et resta visible de cette manière dans le ciel nocturne, et ce pour l'éternité.
L'Univers est âgé de 13,8 milliards d’années, après l’explosion lui donnant naissance, nommée Big Bang, les galaxies ont pu se former quelques centaines de millions d'années après...
La voisine de la Voie Lactée, c'est-à-dire la plus proche galaxie à la nôtre, est Andromède. Le problème est qu'Andromède se dirige actuellement vers notre galaxie, la collision est inévitable. On estime que cela aura lieu dans environ 4 milliards d'années. Mais d'ici-là, l'Humanité se sera probablement déjà éteinte... On suppose que le ciel ressemblera plus à ça la nuit :
Contrairement à ce que pensaient tous les scientifiques avant Edwin Hubble, l’Univers n’est pas statique, en effet, même Albert Einstein soutenait qu’il était statique mais les observations de Hubble ont prouvé que les galaxies s’éloignaient les unes des autres, puis quelques décennies après, la théorie de l’énergie noire (ou sombre) fut introduite. L’énergie noire est un champ énergétique hypothétique qui remplit l’Univers avec une force antigravitationnelle (à ne pas confondre avec la matière noire donnant de la masse aux galaxies). En bref, l’Univers est en expansion accélérée, ce qui implique que dans quelques dizaines de milliards d’années, une personne sur une galaxie n’en verra probablement jamais une autre.
Il existe différents types de galaxies, issus de la séquence de Hubble. Contrairement aux étoiles, il y en a beaucoup moins, seulement 4 types principaux, les galaxies elliptiques, composées quasiment que d’étoiles vieilles et de naines rouges car elles ne possèdent que peu de gaz, qui est l’ingrédient principal pour la formation de nouvelles étoiles. Puis les galaxies spirales, séparées en deux plus petits groupes, les galaxies spirales normales et celles barrées, notre galaxie est une galaxie spirale barrée. Ensuite, il existe des galaxies lenticulaires dont voici une illustration :
Enfin, les galaxies irrégulières, un fourre-tout où l’on met toutes les galaxies qui ne peuvent pas entrer dans les catégories précédentes.
Il existe un point commun entre les galaxies spirales, elliptiques et lenticulaires, elles possèdent un trou noir supermassif en leur centre, aussi appelé trou noir galactique. Il s'agit d'un trou noir de plusieurs millions, ou plusieurs milliards, de fois la masse du Soleil.
Pour finir, les galaxies sont regroupées en amas (ou superamas) de galaxies. Notre galaxie fait partie du Groupe local, qui lui-même fait partie du Superamas Local (ou superamas de la Vierge).
Naissance d'une galaxie
Les galaxies sont avant tout un simple nuage de gaz, mais d'une taille astronomique. Dans la jeunesse de l'Univers, il n'y avait pas de galaxies, que du gaz par-ci par-là. Cependant, comme nous révèle le fond diffus cosmologique (la toute première lumière émise par l'Univers, 380 000 ans après sa naissance) la matière était plus concentrée à certains endroits, le cosmos n'était pas parfaitement homogène. Une plus grande concentration de matière indique une plus forte masse, et une plus forte masse génère une attraction gravitationnelle de la matière aux alentours, et ainsi de suite. Petit à petit, d'immenses quantités de gaz se regroupent et forment des structures.
Mais il y a un problème. Ce procédé a commencé relativement tôt dans la vie de l'Univers, seulement quelques centaines de millions d'années après le Big Bang, or la matière à elle seule, tel qu'on la voit, ne peut pas avoir généré des structures aussi grandes et aussi imposantes. Il n'y a tout simplement pas assez de masse dans l'Univers pour expliquer ces structures...
Alors peut-être que cette masse manquante, nécessaire à la formation des galaxies, est tout simplement invisible... On parle de matière noire, une matière invisible et insensible à la force électromagnétique, mais dont la masse est bel et bien présente. Elle se serait accrochée à ces filaments galactiques et la masse supplémentaire aurait permis les premières réactions nucléaires. La pression qu'exerce la gravité sur ses premiers nuages de gaz entraine une forte température en son sein. L'énergie thermique engendrée s'échappe petit à petit sous forme de photons infrarouges (dont la longueur d'onde, malgré la dualité onde-corpuscule de la lumière, est trop grande pour être perçue par nos yeux).
Cette libération d'énergie semble contre-intuitive, on penserait plutôt que la chaleur continuerait d'augmenter jusqu'à former des étoiles. En réalité, il s'agit d'une simple étape de ce processus, étape dont la la libération d'énergie permet la séparation de la matière baryonique (la matière normale) avec la matière noire.
Petit à petit, la gravité l'emporte et force les nuages de gaz à se comprimer en direction du centre de gravité. Cet effondrement provoque une rotation de la matière plus éloignée du centre, et une telle rotation engendre un aplatissement du nuage en un disque. Petit à petit, grâce à la température atteignant les 15 millions de degrés Celsius, la chaîne proton-proton débute, et ainsi naît une étoile. Le processus de création des premières galaxies, appelées "protogalaxies", a commencé par la création d'étoiles dans des nuages de gaz concentrés.
Cependant, il y a un souci avec ce modèle. Il ne correspond pas exactement aux observations. En effet, chaque grande galaxie de l'Univers contient un trou noir supermassif en son centre. D'où sort-il et est-il nécessaire à la formation d'une galaxie telle que la Voie Lactée ? Et bien, il s'agit là d'un problème similaire à celui de l'œuf et la poule... lequel fut le premier ? Les scientifiques ne sont pas sûrs. On suppose aujourd'hui que ce trou noir joue un rôle essentiel dans la formation d'une galaxie, mais comment expliquer qu'un simple objet, si petit à l'échelle de la galaxie, puisse contrôler un hôte aussi vaste ? Par chance, on a des photos qui donne des pistes :
Selon ce cliché du télescope spatial Hubble, nous observons un amas de jeunes galaxies tel qu'il était seulement 3 milliards d'années après le Big Bang (cf. le passé). Les observations nous mènent donc à penser que la collision de protogalaxies est une étape nécessaire à la création des grandes galaxies telles que la Voie Lactée et Andromède, où la danse cosmique de ces géants entraîne leurs bras à s'entremêler jusqu'à une union pacifique pour, enfin, ne devenir qu'une. Leurs masses combinées entraîneraient donc une réaction en chaîne, attirant de plus en plus de galaxies naines au fur et à mesure que la masse de cette géante augmente.
Pour conclure, le trou noir galactique ne serait que le produit d'une galaxie déjà existante, qui aurait, sous l'effet de la gravité, assimilé une immense quantité de gaz en son centre. Ceci mènerait donc à une extrême température et à une extrême pression, à tel point qu'une étoile hyper-massive apparaîtrait une fraction de seconde avant de s'effondrer sous son poids en un trou noir au bon milieu d'un énorme festin, régulièrement alimenté par le trou noir hypermassif des autres galaxies avec lesquelles il fusionne.