article de Fabrice Mottez
14 SEPTEMBRE 2002
La forme des galaxies change radicalement en quelques milliards d'années. Jusqu'à présent, les modèles d'évolution des galaxies ont montré que les galaxies spirales barrées sont instables, et que la barre disparaît quelques milliards d'années après sa formation.
Dans notre univers vieux de 15 milliards d'années, peu de barres devraient
subsister. Pourtant, deux tiers des galaxies spirales sont barrées.
Pourquoi y en a-t-il autant ?
Les galaxies évoluent. En quelques milliards d'années, elles changent de forme.
Pour comprendre ces changements, les astrophysiciens font des modèles
qu'ils comparent aux observations. Une des méthodes les plus efficaces pour modéliser une
galaxie consiste à la simuler sur un gros ordinateur.
On décrit la galaxie comme une assemblée d'étoiles et de nuages de gaz. On
répartit les étoiles et le gaz sur un disque en rotation et dans un bulbe central plus dense. Autour de cette partie visible des
galaxies, la matière noire forme un halo très étendu.
On calcule l'évolution de ce système. Pour cela on définit des forces d'interaction,
puis on calcule leur effet sur le mouvement des étoiles et du gaz.
Les forces les plus importantes sont les forces de gravité. Les premières simulations
de galaxies ne prenaient en compte que la gravité.
Les simulations fondées seulement sur la gravitation montrent que les galaxies spirales
sont instables et qu'elles forment une barre en 500 millions d'années.
La barre tourne autour du centre de la galaxie et modifie la répartition
des forces de gravitation. Les modèles prenant en compte
la dynamique des nuages de gaz, marquée par de nombreuses
collisions, en plus de la gravité, montrent que la barre disparaît au
bout de deux à cinq milliards d'années. C'est la modification des forces
de gravitation due à la barre qui perturbe le mouvement des nuages de gaz,
et conduit la barre à se détruire. Par ses propres effets, la barre alimente
le bulbe central, qui stabilise alors la galaxie sous forme d'un disque non barré. La barre ne peut pas se reformer ensuite si la galaxie n'interagit pas
avec son environnement extérieur.
A l'heure actuelle (les galaxies ont plusieurs milliards d'années),
bien peu de barres devraient avoir subsisté dans les galaxies spirales.
Les observations nous montrent que ce n'est pas le cas. Parmi
les galaxies spirales, les deux tiers ont une barre.
F. Bournaud et F. Combes de l'Observatoire de Paris
ont cherché quel processus pourrait provoquer la reformation
d'une barre dans les galaxies spirales. Pour cela, ils ont pris en
compte la présence de réservoirs de gaz à l'extérieur
des galaxies: ce gaz peut être accrété par la galaxie,
c'est à dire alimenter son disque. Une fois accrétés, les nuages de gaz
peuvent engendrer de nouvelles étoiles ; réciproquement les étoiles
peuvent émettre du gaz sous forme de vent, ou d'explosions (par exemple
lors des novae). Des estimations récentes (Jiang et Binney 1999) montrent
que la masse du disque d'une galaxie pourrait doubler en 7 à 10 milliards
d'années grâce au gaz qu'elle capture dans son environnement.
Suite de cet article: L'évolution cyclique des galaxies spirales
(lien ci-dessous)
