Astronomie

Comment les galaxies bougent-elles autant et pourquoi bougent-elles ?

Comment les galaxies bougent-elles autant et pourquoi bougent-elles ?


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Je ne comprends pas et je n'ai pas compris depuis un moment. Comment se fait-il que toutes les galaxies de l'univers se déplacent, comment elles se déplacent et à quelle vitesse ?


Il existe plusieurs sources de mouvement pour les galaxies.

Les galaxies peuvent tourner. Les galaxies se forment essentiellement à partir de l'effondrement de la matière sous l'effet de la gravité en « amas ». Ce processus n'est pas uniforme en raison de la gravité d'autres amas de matière et il est donc très rare que toutes les particules d'un seul amas « tombent » directement dans son centre. Cela crée une rotation (moment angulaire) et donc la galaxie éventuelle tournera. Notez que certaines galaxies montrent très peu de rotation globale, avec des étoiles individuelles en orbite autour du centre de la galaxie dans plusieurs directions.

Les galaxies interagissent les unes avec les autres. La plupart des galaxies résident dans un groupe ou un amas de galaxies, notre galaxie est dans un groupe appelé Groupe Local avec Andromède et plusieurs galaxies naines ($geq$52). Ces galaxies naines font généralement partie d'un "sous-système satellite" où elles orbitent autour d'une grande galaxie sous l'effet de la gravité. Ces orbites sont affectées par les autres galaxies locales et parfois certains systèmes peuvent être "expulsés" en raison des forces gravitationnelles qui accélèrent le corps au-delà de la vitesse requise pour s'échapper du système.

Les principales galaxies d'un groupe ou d'un amas interagissent les unes avec les autres, en orbite autour d'un centre de gravité. Cela est dû au même mécanisme que la rotation des galaxies. Il s'agit généralement d'une zone de galaxies très dense, ou d'un amas de galaxies le plus brillant (BCG). Dans le groupe local, les deux galaxies principales (notre Voie lactée et la galaxie d'Andromède) se rapprochent et entreront en collision dans environ 4 milliards d'années.

L'univers est en expansion. L'univers est en expansion et les galaxies semblent donc s'éloigner de nous dans toutes les directions. Nous voyons cela comme décalage vers le rouge, un changement dans la longueur d'onde de la lumière lorsqu'elle nous atteint en raison de la différence de vitesse entre l'origine et nous. Cela n'a rien à voir avec le mouvement des galaxies, et plus avec le tissu de l'univers. Que cela continue ou que l'univers cesse de s'étendre et de s'effondrer est un domaine de recherche actuellement actif.


Comment les galaxies bougent-elles autant et pourquoi bougent-elles ? - Astronomie

Existe-t-il des preuves que l'espace s'étend plus vite que la vitesse de la lumière, comme la disparition soudaine d'étoiles ou de galaxies ? Si cette hypothèse est vraie, ne devrait-il pas y avoir des étoiles et des galaxies proches de l'horizon cosmique qui disparaissent de nos observations ?

Actuellement, nous sommes certains de vivre dans un univers qui s'étend à un rythme croissant. Au fur et à mesure que vous lisez ceci, l'univers s'étend à environ 70 kilomètres par seconde par mégaparsec. Cela signifie qu'une galaxie à 1 mégaparsec de nous recule à environ 70 km/s, une autre galaxie à 2 mégaparsecs de nous recule à 140 km/s, et ainsi de suite. C'est la loi de Hubble. En suivant la même logique, on pourrait faire le calcul pour calculer à quelle distance une galaxie doit être pour s'éloigner à la vitesse de la lumière. Il s'avère que les galaxies éloignées de 4 300 mégaparsecs de nous s'éloignent plus rapidement que la lumière. Cette distance définit la « sphère de Hubble », une sphère imaginaire centrée sur nous, en dehors de laquelle tout recule plus vite que la vitesse de la lumière. Notez que, puisque l'univers s'étend à un rythme accéléré, la sphère de Hubble augmente son rayon au fil du temps.

Pouvons-nous voir la lumière provenant de galaxies situées en dehors de la sphère de Hubble ? Recevoir de la lumière d'une source se déplaçant plus vite que la lumière peut sembler étrange, mais c'est en fait possible. Imaginez une galaxie en dehors de la sphère de Hubble, qui émet une impulsion lumineuse vers la Terre. L'impulsion essaie de se frayer un chemin jusqu'à nous, mais elle est « attirée » loin de la Terre par une région de l'espace qui recule plus vite que la lumière. Il semble que nous ne recevrons jamais cette impulsion -- mais attendez une seconde ! Au fur et à mesure que l'univers s'étend, la sphère de Hubble s'agrandit également. Maintenant, si la vitesse à laquelle la sphère de Hubble se dilate est supérieure à la vitesse nette à laquelle le photon s'éloigne de nous, l'impulsion finira par passer d'une région supraluminale à une région s'éloignant de nous plus lentement que la vitesse de la lumière. Jetez un œil à cette vidéo, qui transforme ces mots en une animation sympa. Bien sûr, tant que l'impulsion parcourt une région s'éloignant de nous à une vitesse inférieure à la vitesse de la lumière, elle finira par nous atteindre. La conclusion est que nous pouvons encore observer des galaxies reculer plus vite que la lumière ! En d'autres termes, la sphère de Hubble est ne pas la limite de notre univers observable.

Comment pouvons-nous dire que l'univers s'étend plus vite que la vitesse de la lumière en premier lieu ? La longueur d'onde d'une impulsion lumineuse traversant l'univers est étirée à mesure que l'espace s'étend, de sorte que la lumière devient plus rouge. (C'est-à-dire que sa longueur d'onde augmente.) Ce soi-disant décalage vers le rouge cosmologique est mesuré par les astronomes, de sorte que les galaxies éloignées peuvent être étiquetées par leur décalage vers le rouge. Plus le décalage vers le rouge d'une galaxie est élevé, plus elle s'éloigne de nous rapidement. Pour tout modèle plausible de notre univers en expansion, il existe une conversion relativement simple pour traduire le décalage vers le rouge en vitesse de récession. Pas surprenant maintenant, certaines des galaxies que nous avons observées présentent des décalages vers le rouge entraînant des vitesses de récession supraluminiques !

Enfin, il faut noter qu'en pratique, une galaxie en recul peut "disparaître" de nos observations en raison d'un décalage vers le rouge cosmologique. La lumière provenant de la galaxie devient de plus en plus rouge, laissant la plage de détectabilité de notre instrument (nos yeux ou même un radiotélescope). De plus, le temps entre les impulsions successives augmentera tellement que la galaxie s'estompera jusqu'à ce qu'elle disparaisse.

Cette page a été mise à jour pour la dernière fois le 2 mars 2017.

A propos de l'auteur

Cristóbal Armaza

Cristóbal est un étudiant de première année en astronomie à Cornell dont les intérêts de recherche incluent l'astrophysique théorique, la relativité générale, la cosmologie et les étoiles compactes.


Les galaxies qui se déplacent ensemble ont des cosmologistes perplexes sur la matière noire

Les astronomes ont découvert que les plus petites galaxies satellites autour du Centaure A sont engagées dans une danse coordonnée qui semble désynchronisée avec notre compréhension de la structure à grande échelle de l'univers.

La découverte, décrite dans la revue Science, pourrait pousser les physiciens à redéfinir notre compréhension de la matière noire, cette substance mystérieuse qui forme la toile cosmique de l'univers.

Contrairement à la matière normale, la matière noire n'interagit pas avec les autres matières. Il ne peut pas être vu ou touché. Et pourtant, nous savons qu'il doit être là car il y en a tellement que son influence gravitationnelle affecte la rotation des galaxies. Il y a plus de cinq fois plus de matière noire qu'il n'y a de matière normale - la matière normale étant ce qui compose les étoiles, les galaxies, la Terre et tout ce qui l'habite.

Il existe de nombreuses théories pour expliquer ce qu'est la matière noire. Actuellement, l'idée dominante est que la « matière noire froide » forme des amas géants reliés par des filaments de matière noire dans une toile cosmique.

Les grandes galaxies comme la Voie lactée sont entourées de grands « halos » sphériques de matière noire. Ces galaxies ont aussi généralement une coterie importante de petites galaxies satellites autour d'elles. Selon notre compréhension de la matière noire, ces galaxies satellites devraient être réparties tout autour de leur hôte galactique, a déclaré le co-auteur de l'étude Marcel Pawlowski, astrophysicien à l'UC Irvine.

"Ils devraient être distribués de manière plutôt aléatoire et se déplacer dans des directions plus ou moins aléatoires si nous croyons notre compréhension actuelle de la cosmologie - mais ils ne le font pas vraiment", a déclaré Pawlowski.

Prenez notre galaxie d'origine, la Voie lactée. Sur 11 galaxies satellites avec des vitesses connues, huit semblent orbiter dans un disque étroit perpendiculaire au plan de la galaxie spirale. (Il pourrait y avoir plus de galaxies que nous ne pouvons tout simplement pas voir.) Le même schéma semble s'appliquer à un certain nombre de satellites autour de notre voisin galactique, Andromède : 15 des 27 galaxies étudiées sont disposées dans un plan étroit autour de la galaxie hôte .

Mais de nombreux scientifiques ont pensé que la Voie lactée (et Andromède) devait être l'exception plutôt que la règle.

« De nombreux astronomes se sont inquiétés de tirer des conclusions des systèmes de galaxies les plus proches : le recensement des galaxies satellites de la Voie lactée pourrait être affecté par le gaz et les étoiles du disque de la Galaxie, et il n'est actuellement pas possible de mesurer les mouvements perpendiculaires au plan des satellites. à Andromède, ce qui signifie que sa stabilité à long terme reste inconnue », a écrit Michael Boylan-Kolchin de l'Université du Texas à Austin, qui n'a pas participé à l'étude, dans un commentaire.

Pour cet article, une équipe internationale de chercheurs a cherché des réponses en dehors de notre propre quartier. Ils se sont concentrés sur la galaxie Centaurus A, qui se trouve à environ 13 millions d'années-lumière. Centaurus A est une galaxie elliptique qui est également entourée d'un réseau de satellites. Peut-être qu'étudier ses compagnons permettrait de savoir si la Voie lactée était l'exception ou la règle.

À l'aide de données archivées, les chercheurs ont examiné les données de vitesse de 16 des galaxies satellites connues autour de Centaurus A. Ils ont découvert que 14 d'entre elles semblaient se déplacer dans un plan commun autour de la plus grande galaxie, pas au hasard. Ce plan semble être à peu près perpendiculaire au disque poussiéreux qui entoure la galaxie elliptique.

Dans le modèle actuel de la matière noire, ce type d'alignement est censé être un événement sur mille, ont déclaré les scientifiques. Alors, qu'est-ce que cela signifie que les trois galaxies que les scientifiques ont examinées jusqu'à présent partagent toutes le même schéma soi-disant rare ?

Ces systèmes ont peut-être tous été créés par la fusion de galaxies, ce qui pourrait potentiellement expliquer leurs schémas de mouvement sans entrer en conflit avec notre compréhension de la matière noire, ont déclaré les scientifiques.

Sinon, cela pourrait signifier que nos idées sur la matière noire doivent être modifiées – ou peut-être même entièrement révisées, a déclaré Pawlowski. Peut-être que la matière noire n'existe pas, et il y a simplement des changements dans le comportement de la gravité dans différentes situations qui donnent l'impression qu'une sorte de masse invisible est à l'œuvre. Mais modifier les modèles de fonctionnement de la gravité est beaucoup plus facile à dire qu'à faire.

"Nous savons en quelque sorte où nous avons nos problèmes – nous n'avons tout simplement pas trouvé comment les résoudre", a-t-il déclaré. "Je pense que nous devrions être plus ouverts d'esprit et envisager des approches alternatives."

L'une des prochaines étapes, a-t-il ajouté, serait de continuer à étudier plus de grandes galaxies et leurs satellites pour voir quelle configuration est vraiment plus répandue que l'autre.

« Nous voulons vraiment le comprendre dans un sens global », a-t-il déclaré.

Dans tous les cas, tout changement qui ferait avancer notre compréhension serait bien accueilli par la communauté des physiciens, a déclaré Boylan-Kolchin.

"Peut-être le plus excitant, toute résolution potentielle du puzzle des avions satellites est intéressante", a-t-il écrit. "Au pire, nous améliorons au mieux notre compréhension de la formation des galaxies, nous sommes conduits à une compréhension plus profonde des lois de la physique."

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Notre travail

Les processus physiques impliqués dans la formation et l'évolution des galaxies forment un puzzle incroyablement complexe, opérant à une échelle extraordinaire. Les scientifiques de l'Institut de théorie et de calcul (ITC) travaillent sur ce puzzle en combinant des simulations avec des observations du monde réel pour reconstituer l'histoire de l'Univers et prédire le sort de galaxies comme la Voie lactée.

Notre Voie Lactée et la Galaxie d'Andromède sont des galaxies spirales géantes se précipitant l'une vers l'autre à 120 kilomètres par seconde. Dans environ 4 milliards d'années, les deux se rencontreront. Mais alors que les galaxies contiennent des étoiles, du gaz, de la poussière et de la matière noire, elles sont pour la plupart de l'espace vide. Ces deux géants fantomatiques se traverseront, mais leur gravité s'étirera et tirera l'autre jusqu'à ce qu'ils fusionnent en une galaxie elliptique massive.

Les astrophysiciens pensent que le Soleil sera poussé à la périphérie de la nouvelle galaxie, connue sous le nom de Milkomeda, avec une chance d'être éjecté dans l'espace intergalactique profond.

Nous voyons de telles fusions se produire aujourd'hui. Les galaxies des antennes sont deux galaxies spirales qui sont entrées en collision, entraînant une augmentation de la formation d'étoiles. On pense que ces galaxies finiront également par fusionner en une grande galaxie elliptique. En étudiant la forme et l'histoire des galaxies, nous étudions également notre avenir.


Derniers mots

Nous avons parcouru un si long chemin.

Les lumières dans le ciel sont des étoiles, il y a d'autres mondes, nous prenons au sérieux l'idée de chercher la vie sur des planètes extraterrestres et dépensons une énorme somme d'argent pour le faire. Notre galaxie est l'une des 100 milliards d'autres.

Les étoiles explosent, et quand elles le font, elles font l'étoffe de la vie. le fer dans notre sang, l'or dans nos smartphones.

La nature a plus d'imagination que nous, mais nous aussi avons beaucoup appris, mais il reste encore un long chemin à parcourir, maintenant avec dit, nous sommes prêts à explorer l'univers.


Voyage au début de l'univers : le télescope Hubble révèle les galaxies les plus lointaines jamais trouvées

En 2003, Michio Kaku, écrivain pour le magazine science et technologie Filaire, a écrit: « Autrefois confiné à la fantasy et à la science-fiction, le voyage dans le temps est désormais simplement un problème d'ingénierie. » De même, autrefois confinée à la fantaisie et à la science-fiction, la connaissance des galaxies lointaines et des origines de la Terre est désormais un simple problème d'ingénierie.

Le télescope spatial Hubble est un instrument de 24 500 livres qui a été placé en orbite autour de la Terre en avril 1990. Ce télescope est le plus grand et le plus polyvalent utilisé à ce jour. Des données récentes obtenues à l'aide de ce télescope ont élucidé la compréhension des astronomes de l'univers et de ses formations.

Utilisant les dernières technologies, le télescope spatial Hubble a remonté le temps d'environ 13 milliards d'années et a pris les images les plus profondes de l'univers jamais enregistrées, révélant les galaxies les plus éloignées et les plus jeunes jamais observées. Le professeur d'astronomie de Yale Pieter van Dokkum et son équipe, dont l'étudiant diplômé Tomer Tal, faisaient partie de la plus grande équipe de Hubble responsable de la découverte et de l'analyse de ces galaxies.

Les photos les plus récentes de Hubble ont été prises dans une région appelée Hubble Ultra Deep Field (HUDF), une zone du ciel contenant environ 10 000 galaxies. Depuis 2003, le télescope Hubble s'est focalisé sur cette région et a photographié de nombreuses galaxies formées moins d'un milliard d'années après le Big Bang. Ces images ont permis aux astronomes de déterminer la distribution, la taille et la luminosité des galaxies à différentes périodes de temps, une recherche essentielle à l'étude de l'évolution des galaxies. En particulier, les galaxies les plus récentes découvertes par Hubble se sont formées seulement 600 millions d'années après le Big Bang et contribuent à étayer la théorie actuelle de la formation des galaxies.

Hors de ce monde

Lancé pour la première fois en avril 1990, le télescope a renvoyé des milliers d'images spatiales à des chercheurs passionnés sur Terre. Le télescope spatial Hubble a été développé pour surmonter un problème majeur de l'astronomie au sol : l'atmosphère.

Dans l'atmosphère, les molécules d'air sont constamment en mouvement, de sorte que les images terrestres de l'espace sont légèrement floues. De plus, l'atmosphère bloque les longueurs d'onde des rayonnements à haute énergie tels que les rayons X, les rayons gamma et certains rayons ultraviolets, ce qui rend impossible l'obtention d'une image complète de l'espace. Le meilleur moyen de surmonter les difficultés causées par l'atmosphère protectrice de la Terre et d'obtenir des images spatiales optimales est de placer un télescope hors de l'atmosphère, littéralement hors de ce monde. Le télescope spatial Hubble est en orbite terrestre basse, à 569 kilomètres de la surface de la Terre. Là, le télescope peut prendre des photos de l'univers avec une résolution environ dix fois supérieure à celle des télescopes sur Terre.

En raison de sa capacité d'image haute résolution, Hubble peut prendre des photos de galaxies extrêmement éloignées et a aidé les astronomes à découvrir l'âge de l'univers (environ quatorze milliards d'années) et à déterminer le mouvement et la formation des galaxies. Par exemple, puisque l'univers est en expansion et que la vitesse de la lumière est constante, les chercheurs peuvent voir des galaxies formées il y a treize milliards d'années dans l'état où elles existaient il y a treize milliards d'années-lumière.

Afin d'obtenir des images de galaxies à plus de treize milliards d'années-lumière, Hubble utilise les dernières technologies astronomiques. La Wide Field Camera 3 (WFC3) est un instrument récemment installé qui peut détecter les rayonnements ultraviolets, visibles et infrarouges et est donc beaucoup plus puissant que les instruments précédents qui n'étaient sensibles qu'à la lumière visible. Alors que le temps d'exposition extrêmement long est essentiel pour obtenir des images de galaxies lointaines, la capacité de WFC3 à capter le rayonnement infrarouge est encore plus essentielle. En raison de l'expansion de l'univers, les objets à une plus grande distance s'éloignent plus rapidement et, en raison de l'effet Doppler, les émissions lumineuses se déplacent vers l'extrémité rouge du spectre électromagnétique, un phénomène connu sous le nom de décalage vers le rouge. Lors de l'observation d'objets très éloignés, le décalage vers le rouge est si important que la lumière visible se déplace dans le spectre infrarouge et ne peut être détectée que par le nouvel instrument WFC3.

Hubble renvoie les spectres d'émission aux astronomes sur Terre qui analysent les données pour tenter de déterminer comment et quand les galaxies se sont formées. Les chercheurs peuvent déterminer l'âge relatif d'une galaxie à partir de ces spectres. Plus précisément, les étoiles plus anciennes ont tendance à culminer à l'extrémité rouge du spectre, tandis que les étoiles plus récentes se situent vers l'extrémité bleue. Par conséquent, en utilisant Hubble pour imager la même région de l'univers avec de nombreux filtres différents, les scientifiques peuvent approximer l'ère à laquelle la galaxie s'est formée et obtenir des preuves de l'évolution des galaxies dans notre univers.

Au commencement : ce que Hubble a vu

En plus de fournir aux astronomes amateurs et aux passionnés de l'espace des images fascinantes de l'espace lointain, le télescope Hubble a contribué à déterminer comment les galaxies se sont formées après le Big Bang et comment elles se déplacent dans l'espace.

Au début de l'exploitation de Hubble, les chercheurs ont découvert qu'en regardant plus profondément dans l'espace, les galaxies s'en éloignaient plus rapidement. Les galaxies ne s'éloignaient pas réellement des chercheurs, mais plutôt l'ensemble du tissu de l'univers était en expansion. Par analogie, l'univers peut être comparé à une miche de pain aux raisins au four : à mesure que le pain lève, tout le volume de pâte se dilate et, en raison de cette expansion, les raisins secs s'écartent tous les uns des autres. Tout comme on l'a observé dans l'espace, les raisins secs sur le bord extérieur du pain, qui sont analogues aux galaxies plus éloignées, s'écartent le plus rapidement.

La théorie du Big Bang de la formation de l'univers peut être utilisée pour expliquer l'expansion de l'univers. Selon cette théorie, l'univers était extrêmement chaud et dense il y a environ quatorze milliards d'années. Depuis lors, l'univers a connu une expansion rapide. Sur de longues périodes de temps, de petits morceaux de matière ont attiré gravitationnellement d'autres particules de matière pour former des régions plus denses qui sont devenues des étoiles et des galaxies.

Le télescope Hubble a été utilisé pour soutenir cette théorie de l'expansion de l'univers en 1993, lorsque les scientifiques ont voulu en savoir plus sur des galaxies spécifiques à différentes distances de la Terre. En utilisant Hubble pour imager les galaxies avec divers filtres pour différentes longueurs d'onde de lumière, les astronomes ont pu déterminer le décalage vers le rouge approximatif des galaxies les plus éloignées jamais trouvées.

Ces galaxies, formées seulement 600 millions d'années après le Big Bang, apparaissent à l'extrémité bleue du spectre de la lumière visible et sont très compactes. Les spectres d'émission bleus indiquent des émissions à haute fréquence, ce qui implique que les étoiles des galaxies sont très jeunes ou qu'elles ont été jeune il y a treize milliards d'années.

Un univers hiérarchique

Dans les années 1980, la principale théorie de la formation des galaxies a affirmé que toutes les galaxies ont commencé comme des nuages ​​​​de gaz massifs qui se sont finalement effondrés dans les galaxies denses observées aujourd'hui. Plus récemment, cependant, une théorie différente de l'évolution des galaxies a évolué. Appelée « théorie hiérarchique de la formation des galaxies », cette théorie affirme que la formation des galaxies est un processus actif : les galaxies commencent petites mais grandissent en masse et en taille au fil du temps. Les données analysées par Van Dokkum et son équipe démontrent en outre que les galaxies massives se sont développées de l'intérieur vers l'extérieur et ont accumulé de la densité autour d'un noyau compact. Par conséquent, le travail de Van Dokkum est influent en ce qu'il soutient la théorie hiérarchique susmentionnée de la formation des galaxies.

Van Dokkum et son équipe ont étudié la croissance des galaxies massives, en se concentrant sur les galaxies depuis z = 2. En astronomie, z est un nombre sans dimension indiquant le décalage vers le rouge de la galaxie. Une valeur z négative indique des galaxies décalées vers le bleu, tandis qu'une valeur z positive indique qu'une galaxie s'éloigne de l'observateur et est donc décalée vers le côté rouge du spectre. L'équipe d'astronomes a montré que la densité des galaxies avait presque doublé depuis z = 2 (de z = 2 à z = 0). En d'autres termes, les galaxies plus jeunes ont une masse considérablement plus grande que les anciennes galaxies. Van Dokkum et son équipe ont publié leurs découvertes dans un article intitulé « The Growth of Massive Galaxies Since z = 2 » en février 2010.

Par conséquent, bien qu'apparemment simple et insignifiant, le fait que les premières galaxies étaient à la fois compactes et bleues a des implications importantes pour déterminer la théorie correcte de la formation des galaxies. Les images de Hubble indiquent que les jeunes galaxies sont très petites et compactes, soutenant ainsi la théorie hiérarchique de la formation. Selon Tomer Tal, les résultats "montrent que, dans l'univers primitif, vous n'observez pas vraiment d'énormes galaxies massives, [démontrant ainsi que les galaxies doivent] croître en taille et en masse au fil du temps".

Perspectives d'avenir : retraite, remue-méninges et renaissance

En 2010, les astronomes du monde entier ont été ravis des dernières images de Hubble. Le travail n'est pourtant pas terminé. Le télescope a fait son travail, mais les gens vont maintenant passer des années à analyser les données et à essayer de prouver une variété de théories différentes. Selon Tal, « vous pouvez prendre les mêmes ensembles de données et les réanalyser de différentes manières… il y a tellement d'informations dans chacune de ces observations qu'un groupe de personnes ne peut pas tout en tirer. Par conséquent, alors que l'analyse initiale a été utilisée pour soutenir une théorie de la formation des galaxies, les mêmes données peuvent être utilisées pour développer et soutenir d'autres théories sur la nature de l'univers.

De plus, les astronomes en recherchent toujours plus. Ils ont des images des galaxies les plus éloignées connues, mais peuvent-ils voir des galaxies encore plus anciennes ? L'ajout le plus récent de WFC3 a repoussé les limites de l'astronomie, mais les chercheurs étudient déjà de nouvelles façons de voir le passé de notre univers.

Le célèbre télescope spatial Hubble a vieilli et est malheureusement en mauvais état, il est maintenant trop coûteux à entretenir. Ainsi, il sera laissé à dépérir au cours des prochaines années. Alors que Hubble prend sa retraite, le télescope spatial James Webb (JWST) est en cours de développement et de construction. Plus grand que Hubble, le JWST sera encore plus sensible et capable de détecter encore plus de photons lumineux. Les scientifiques espèrent que ce nouveau télescope sera capable de détecter les galaxies formées presque immédiatement après le Big Bang.

Pourquoi vous devriez vous en soucier

La formation des galaxies est un sujet fascinant rempli de mystère, de calculs et de belles images. La cosmologie en général, cependant, n'a pas d'application immédiate aux humains ou à la vie sur Terre. Alors pourquoi les gens se soucient-ils tant de prouver une théorie de l'évolution des galaxies plutôt qu'une autre et de développer les appareils les plus high-tech ?

De l'avis de Tal, « je pense que nous ne sommes qu'une espèce curieuse. Nous aimons savoir. En général, avec la recherche scientifique, une grande partie est faite parce que nous voulons savoir et nous voulons élargir nos connaissances plutôt que de chercher des applications. »

Dans le domaine de l'astronomie, les découvertes les plus récentes de Hubble sont importantes pour assouvir la curiosité de notre espèce et rassembler les morceaux du mystère de l'univers. Afin de comprendre la formation de l'univers et son fonctionnement, il est essentiel de comprendre à la fois les grandes et les petites images : les galaxies peuvent être considérées comme des entités entières dans l'univers en expansion ou elles peuvent être décomposées en composants plus petits, tels que comme les étoiles et les planètes. Quoi qu'il en soit, chaque information recueillie rapproche l'humanité d'un pas de plus vers la compréhension de son rôle dans un univers apparemment infini.

A propos de l'auteur

Shirlee Wohl est une étudiante de première année au Calhoun College. Elle prévoit de se spécialiser en biophysique moléculaire et biochimie, mais a toujours été fascinée par les étoiles, le ciel et l'expansion apparemment infinie de l'univers.

Remerciements

L'auteur tient à remercier Tomer Tal pour son aide dans la compréhension des dernières découvertes de Hubble et leurs implications et pour le partage de son enthousiasme pour l'astronomie.


Notre galaxie de la Voie Lactée est-elle un zombie, déjà mort et nous ne le savons pas ?

Une galaxie (comme NGC 3810 dans ce cas) peut-elle avoir une structure spirale classique et aussi être déjà morte ? Crédit : ESA/Hubble et NASA, CC BY

Comme un zombie, la galaxie de la Voie lactée est peut-être déjà morte, mais elle continue toujours. Notre voisine galactique Andromède a presque certainement expiré il y a quelques milliards d'années, mais ce n'est que récemment qu'elle a commencé à montrer des signes extérieurs de sa disparition.

Les galaxies semblent être capables de « périr » – c'est-à-dire d'arrêter de transformer le gaz en nouvelles étoiles – via deux voies très différentes, entraînées par des processus très différents. Des galaxies comme la Voie lactée et Andromède le font très, très lentement sur des milliards d'années.

Comment et pourquoi les galaxies « éteignent » leur formation d'étoiles et modifient leur morphologie, ou leur forme, est l'une des grandes questions de l'astrophysique extragalactique. Nous sommes peut-être maintenant sur le point de comprendre comment cela se passe. Et une partie des remerciements va aux citoyens scientifiques qui ont passé au peigne fin des millions d'images galactiques pour classer ce qui existe.

Les galaxies grandissent en créant de nouvelles étoiles

Les galaxies sont des systèmes dynamiques qui accumulent continuellement du gaz et en convertissent une partie en étoiles.

Comme les humains, les galaxies ont besoin de nourriture. Dans le cas des galaxies, cette "nourriture" est un apport d'hydrogène gazeux frais provenant de la toile cosmique, des filaments et des halos de matière noire qui constituent les plus grandes structures de l'univers. Au fur et à mesure que ce gaz se refroidit et tombe dans des halos de matière noire, il se transforme en un disque qui peut ensuite se refroidir encore plus et éventuellement se fragmenter en étoiles.

À gauche : une galaxie spirale en feu dans la lumière bleue des jeunes étoiles provenant de la formation d'étoiles en cours. À droite : une galaxie elliptique baignée dans la lumière rouge des vieilles étoiles. Crédit : Sloan Digital Sky Survey, CC BY-NC

À mesure que les étoiles vieillissent et meurent, elles peuvent renvoyer une partie de ce gaz dans la galaxie soit via les vents des étoiles, soit en devenant une supernova. Lorsque les étoiles massives meurent dans de telles explosions, elles chauffent le gaz qui les entoure et l'empêchent de se refroidir assez rapidement. Ils fournissent ce que les astronomes appellent du « feedback » : la formation d'étoiles dans les galaxies est donc un processus autorégulé. La chaleur des étoiles mourantes signifie que le gaz cosmique ne se refroidit pas aussi facilement dans les nouvelles étoiles, ce qui freine finalement le nombre de nouvelles étoiles pouvant se former.

La plupart de ces galaxies stellaires sont en forme de disque ou de spirale, comme notre Voie lactée.

Mais il existe un autre type de galaxie qui a une forme ou une morphologie très différente dans le jargon des astronomes. Ces galaxies elliptiques massives ont tendance à avoir l'air sphéroïdales ou en forme de ballon de football. Ils sont loin d'être aussi actifs – ils ont perdu leur réserve de gaz et ont donc cessé de former de nouvelles étoiles. Leurs étoiles se déplacent sur des orbites beaucoup plus désordonnées, ce qui leur donne leur forme plus volumineuse et plus ronde.

Ces galaxies elliptiques diffèrent de deux manières principales : elles ne forment plus d'étoiles et elles ont une forme différente. Quelque chose d'assez dramatique a dû leur arriver pour produire des changements aussi profonds. Quelle?

La division de base des galaxies en galaxies spirales formant des étoiles flamboyant dans la lumière bleue d'étoiles massives, jeunes et éphémères, d'une part, et elliptiques au repos baignées dans la lueur chaude d'anciennes étoiles de faible masse, d'autre part, remonte aux premiers relevés de galaxies du 20e siècle.

Mais, une fois que des sondages modernes comme le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) ont commencé à enregistrer des centaines de milliers de galaxies, des objets ont commencé à émerger qui ne rentraient pas tout à fait dans ces deux grandes catégories.

Un nombre important de galaxies rouges au repos n'ont pas du tout une forme elliptique, mais conservent à peu près la forme d'un disque. D'une manière ou d'une autre, ces galaxies ont cessé de former des étoiles sans changer radicalement leur structure.

Le diagramme couleur-masse de la galaxie. Les galaxies bleues formant des étoiles sont en bas, dans le nuage bleu. Les galaxies rouges au repos sont au sommet, dans la séquence rouge. La « vallée verte » est la zone de transition entre les deux. Crédit : Schawinski+14, CC BY-ND

Au même moment, des galaxies elliptiques bleues ont commencé à faire surface. Leur structure est similaire à celle des vélos elliptiques "rouges et morts", mais ils brillent dans la lumière bleue brillante des jeunes étoiles, indiquant que la formation d'étoiles est toujours en cours en eux.

Comment ces deux excentriques – les spirales rouges et les elliptiques bleues – s'intègrent-elles dans notre image de l'évolution des galaxies ?

Envoyez les scientifiques citoyens

En tant qu'étudiant diplômé à Oxford, je cherchais certaines de ces galaxies étranges. J'étais particulièrement intéressé par les elliptiques bleues et les indices qu'elles contenaient sur la formation des galaxies elliptiques en général.

À un moment donné, j'ai passé une semaine entière à parcourir près de 50 000 galaxies à partir du SDSS à l'œil nu, car aucun des algorithmes disponibles pour classer la forme des galaxies n'était aussi bon que j'en avais besoin. J'ai trouvé pas mal d'elliptiques bleus, mais l'intérêt de classer tous les quelque un million de galaxies dans SDSS avec des yeux humains est rapidement devenu évident. Bien sûr, traverser un million de galaxies par moi-même n'était pas possible.

Peu de temps après, un groupe de collaborateurs et moi avons lancé galaxyzoo.org et invité des membres du public – des scientifiques citoyens – à participer à la recherche en astrophysique. Lorsque vous vous connectez à Galaxy Zoo, vous voyez une image d'une galaxie et un ensemble de boutons correspondant aux classifications possibles, ainsi qu'un didacticiel pour vous aider à reconnaître les différentes classes.

Au moment où nous avons cessé d'enregistrer les classifications d'un quart de million de personnes, chacune des un million de galaxies de Galaxy Zoo avait été classée plus de 70 fois, me donnant des classifications humaines fiables de la forme des galaxies, y compris une mesure de l'incertitude. Est-ce que 65 des 70 citoyens scientifiques ont convenu que cette galaxie est une elliptique ? Bien! S'il n'y a pas d'accord du tout, c'est aussi de l'information.

Tirer parti de l'effet « sagesse de la foule » couplé à la capacité humaine inégalée de reconnaissance des formes a aidé à trier un million de galaxies et a mis au jour bon nombre des elliptiques bleues et des spirales rouges les moins courantes pour que nous puissions les étudier.

Vivre sans le vouloir dans la vallée verte ?

Le carrefour de l'évolution des galaxies est un endroit appelé la « vallée verte ». Cela peut sembler pittoresque, mais fait référence à la population entre les galaxies bleues formant des étoiles (le « nuage bleu ») et les galaxies rouges à évolution passive (la « séquence rouge »). Galaxies with "green" or intermediate colors should be those galaxies in which star formation is in the process of turning off, but which still have some ongoing star formation – indicating the process only shut down a short while ago, perhaps a few hundred million years.

As a curious aside, the origin of the term "green valley" may actually go back to a talk given at the University of Arizona on galaxy evolution where, when the speaker described the galaxy color-mass diagram, a member of the audience called out: "the green valley, where galaxies go to die!" Green Valley, Arizona, is a retirement community just outside of the university's hometown, Tucson.

For our project, the really exciting moment came when we looked at the rate at which various galaxies were dying. We found the slowly dying ones are the spirals and the rapidly dying ones are the ellipticals. There must be two fundamentally different evolutionary pathways that lead to quenching in galaxies. When we explored these two scenarios – dying slowly, and dying quickly – it became obvious that these two pathways have to be tied to the gas supply that fuels star formation in the first place.

Imagine a spiral galaxy like our own Milky Way merrily converting gas to stars as new gas keeps flowing in. Then something happens that turns off that supply of fresh outside gas: perhaps the galaxy fell into a massive cluster of galaxies where the hot intra-cluster gas cuts off fresh gas from the outside, or perhaps the dark matter halo of the galaxy grew so much that gas falling into it gets shock heated to such a high temperature that it cannot cool down within the age of the universe. In any case, the spiral galaxy is now left with just the gas it has in its reservoir.

Since these reservoirs can be enormous, and the conversion of gas to stars is a very slow process, our spiral galaxy could go on for quite a while looking "alive" with new stars, while the actual rate of star formation declines over several billion years. The glacial slowness of using up the remaining gas reservoir means that by the time we realize that a galaxy is in terminal decline, the "trigger moment" occurred billions of years ago.

The Andromeda galaxy, our nearest massive spiral galaxy, is in the green valley and likely began its decline eons ago: it is a zombie galaxy, according to our latest research. It's dead, but keeps on moving, still producing stars, but at a diminished rate compared to what it should if it were still a normal star-forming galaxy. Working out whether the Milky Way is in the green valley – in the process of shutting down – is much more challenging, as we are in the Milky Way and cannot easily measure its integrated properties the way we can for distant galaxies.

Even with the more uncertain data, it looks like the Milky Way is just at the edge, ready to tumble into the green valley. It's entirely possible that the Milky Way galaxy is a zombie, having died a billion years ago.

This article was originally published on The Conversation. Lire l'article original.


Is our Milky Way galaxy a zombie?

View larger. | Milky Way over Morocco, by Besancon Arnaud. Visit his website.

Like a zombie, the Milky Way galaxy may already be dead but it still keeps going. Our galactic neighbor Andromeda almost certainly expired a few billion years ago, but only recently started showing outward signs of its demise.

Galaxies seem to be able to “perish” – that is, stop turning gas into new stars – via two very different pathways, driven by very different processes. Galaxies like the Milky Way and Andromeda do so very, very slowly over billions of years.

How and why galaxies “quench” their star formation and change their morphology, or shape, is one of the big questions in extragalactic astrophysics. We may now be on the brink of being able to piece together how it happens. And part of the thanks goes to citizen scientists who combed through millions of galactic images to classify what’s out there.

Can a galaxy (like NGC 3810 in this case) have a classical spiral structure and also be already dead? Image credit: ESA/Hubble and NASA, CC BY

Galaxies grow by making new stars

Galaxies are dynamic systems that continually accrete gas and convert some of it into stars.

Like people, galaxies need food. In the case of galaxies, that “food” is a supply of fresh hydrogen gas from the cosmic web, the filaments and halos of dark matter that make up the largest structures in the universe. As this gas cools and falls into dark matter halos, it turns into a disk that then can cool even further and eventually fragment into stars.

As stars age and die, they can return some of that gas back into the galaxy either via winds from stars or by going supernova. As massive stars die in such explosions, they heat the gas around them and prevent it from cooling down quite so fast. They provide what astronomers call “feedback”: star formation in galaxies is thus a self-regulated process. The heat from dying stars means cosmic gas doesn’t cool into new stars as readily, which ultimately puts a brake on how many new stars can form.

Most of these star-forming galaxies are disk- or spiral-shaped, like our Milky Way.

Left: a spiral galaxy ablaze in the blue light of young stars from ongoing star formation right: an elliptical galaxy bathed in the red light of old stars. Image credit: Sloan Digital Sky Survey

But there’s another kind of galaxy that has a very different shape, or morphology, in astronomer-parlance. These massive elliptical galaxies tend to look spheroidal or football-shaped. They’re not nearly so active – they’ve lost their supply of gas and therefore have ceased forming new stars. Their stars move on far more unordered orbits, giving them their bulkier, rounder shape.

These elliptical galaxies differ in two major ways: they no longer form stars and they have a different shape. Something pretty dramatic must have happened to them to produce such profound changes. Quelle?

Blue=young and red=old?

The basic division of galaxies into star-forming spiral galaxies blazing in the blue light of massive, young and short-lived stars, on the one hand, and quiescent ellipticals bathed in the warm glow of ancient low-mass stars, on the other, goes back to early galaxy surveys of the 20th century.

But, once modern surveys like the Sloan Digital Sky Survey (SDSS) began to record hundreds of thousands of galaxies, objects started emerging that didn’t quite fit into those two broad categories.

A significant number of red, quiescent galaxies aren’t elliptical in shape at all, but retain roughly a disk shape. Somehow, these galaxies stopped forming stars without dramatically changing their structure.

At the same time, blue elliptical galaxies started to surface. Their structure is similar to that of “red and dead” ellipticals, but they shine in the bright blue light of young stars, indicating that star formation is still ongoing in them.

How do these two oddballs – the red spirals and the blue ellipticals – fit into our picture of galaxy evolution?

Galaxy Zoo allows citizen scientists to classify galaxies.


Send in the citizen scientists

As a graduate student in Oxford, I was looking for some of these oddball galaxies. I was particularly interested in the blue ellipticals and any clues they contained about the formation of elliptical galaxies in general.

At one point, I spent a whole week going through almost 50,000 galaxies from SDSS by eye, as none of the available algorithms for classifying galaxy shape was as good as I needed it to be. I found quite a few blue ellipticals, but the value of classifying all of the roughly one million galaxies in SDSS with human eyes quickly became apparent. Of course, going through a million galaxies by myself wasn’t possible.

A short time later, a group of collaborators and I launched galaxyzoo.org and invited members of the public – citizen scientists – to participate in astrophysics research. When you logged on to Galaxy Zoo, you’d be shown an image of a galaxy and a set of buttons corresponding to possible classifications, and a tutorial to help you recognize the different classes.

By the time we stopped recording classifications from a quarter-million people, each of the one million galaxies on Galaxy Zoo had been classified over 70 times, giving me reliable, human classifications of galaxy shape, including a measure of uncertainty. Did 65 out of 70 citizen scientists agree that this galaxy is an elliptical? Good! If there’s no agreement at all, that’s information too.

Tapping into the “wisdom of the crowd” effect coupled with the unparalleled human ability for pattern recognition helped sort through a million galaxies and unearthed many of the less common blue ellipticals and red spirals for us to study.

The galaxy color-mass diagram. Blue, star-forming galaxies are at the bottom, in the blue cloud. Red, quiescent galaxies are at the top, in the red sequence. The ‘green valley’ is the transition zone in between. Image credit: Schawinski+14


Unwittingly living in the green valley?

The crossroads of galaxy evolution is a place called the “green valley.” This may sound scenic, but refers to the population between the blue star-forming galaxies (the “blue cloud”) and the red, passively evolving galaxies (the “red sequence”). Galaxies with “green” or intermediate colors should be those galaxies in which star formation is in the process of turning off, but which still have some ongoing star formation – indicating the process only shut down a short while ago, perhaps a few hundred million years.

As a curious aside, the origin of the term “green valley” may actually go back to a talk given at the University of Arizona on galaxy evolution where, when the speaker described the galaxy color-mass diagram, a member of the audience called out: “the green valley, where galaxies go to die!” Green Valley, Arizona, is a retirement community just outside of the university’s hometown, Tucson.

For our project, the really exciting moment came when we looked at the rate at which various galaxies were dying. We found the slowly dying ones are the spirals and the rapidly dying ones are the ellipticals. There must be two fundamentally different evolutionary pathways that lead to quenching in galaxies. When we explored these two scenarios – dying slowly, and dying quickly – it became obvious that these two pathways have to be tied to the gas supply that fuels star formation in the first place.

Imagine a spiral galaxy like our own Milky Way merrily converting gas to stars as new gas keeps flowing in. Then something happens that turns off that supply of fresh outside gas: perhaps the galaxy fell into a massive cluster of galaxies where the hot intra-cluster gas cuts off fresh gas from the outside, or perhaps the dark matter halo of the galaxy grew so much that gas falling into it gets shock heated to such a high temperature that it cannot cool down within the age of the universe. In any case, the spiral galaxy is now left with just the gas it has in its reservoir.

Since these reservoirs can be enormous, and the conversion of gas to stars is a very slow process, our spiral galaxy could go on for quite a while looking “alive” with new stars, while the actual rate of star formation declines over several billion years. The glacial slowness of using up the remaining gas reservoir means that by the time we realize that a galaxy is in terminal decline, the “trigger moment” occurred billions of years ago.

A Hubble image of part of the Andromeda galaxy, which like our Milky Way may be a galactic zombie. Image credit: NASA, ESA, J. Dalcanton, B.F. Williams and L.C. Johnson (University of Washington), the PHAT team, and R. Gendler

The Andromeda galaxy, our nearest massive spiral galaxy, is in the green valley and likely began its decline eons ago: it is a zombie galaxy, according to our latest research. It’s dead, but keeps on moving, still producing stars, but at a diminished rate compared to what it should if it were still a normal star-forming galaxy. Working out whether the Milky Way is in the green valley – in the process of shutting down – is much more challenging, as we are in the Milky Way and cannot easily measure its integrated properties the way we can for distant galaxies.

Even with the more uncertain data, it looks like the Milky Way is just at the edge, ready to tumble into the green valley. It’s entirely possible that the Milky Way galaxy is a zombie, having died a billion years ago.

This article was originally published on The Conversation. Lire l'article original.


How are galaxies moving so much and why are they moving? - Astronomie

Galaxies are basically big clusters of dust, gas, and stars. Even though the dust and gas occupy more espace in a galaxy, the stars contribute far more to the mass.

There are 3.5 types of galaxies that we observe:

1) Spirals: Spirals consist of a bulge, a disk (with arms), and a halo. The bulge and the halo are both composed of reddish, older stars, but the disk and the arms are composed of bluish, younger stars. Without knowing anything else, you might think that this means that there is a lot more dust and gas in the disk than in the bulge or the halo, and you'd be right. Pourquoi? Because star formation occurs in gassy, dusty places!
The stars in the disk orbit the center of the galaxy in an ordered fashion. All of the stars travel around the bulge in the same "sense" (clockwise, or counter-clockwise). The stars in the halo and the bulge, however, travel in disordered orbits. These stars can orbit the center in either sense, or with any inclination to the disk. The whole thing is analogous to our solar system, which has a disordered massive center (the Sun), an ordered disk (the ecliptic), and a disordered outer cloud (the Oort Cloud). This means that the same physical principles are probably operating in galaxies as in our solar system! How about that!
Spirals are subdivided into classes a, b, and c. These classes roughly indicate the size of the bulge relative to the galaxy. A type Sa galaxy (Spiral a) has a large bulge, and tightly wound arms. A type Sc galaxy (Spiral c) has a small bulge, and very prominent arms.

1/2) Barred Spiral: A barred spiral is very much like a spiral, except that the bulge is elongated, forming a bar across the center. Some people group barred spirals and spirals together in the same group. The barred spirals are also subdivided into three classes, SBa, SBb, and SBc. Once again, these sub-classes indicate the relative size of the bulge.

2) Ellipticals: Elliptical galaxies have no arms, no disk. They are just big blobs of reddish, older stars. These are sub-classed as E0. E3. E7. E0 are the roundest type, whereas E7 are the most elliptical. This subclassification is much less arbitrary than the subclassification of spirals, because you actually measure the axes to determine the subclass. However, projection effects (which side of the galaxy you are looking at---the short end, or the long side) can be important. Think of ellipticals like footballs. If you look at the end of a football, it looks round, but if you look at it from the side, it is elongated.
Ellipticals can also be sorted by size. Giant ellipticals are a few million mega-parsecs across. Recall how much trouble we had just talking about parsecs being large. These galaxies are a million, million parsecs across---WOW! Giant ellipticals contain trillions of stars, or a million, million stars. Dwarf ellipticals, on the other hand, are "only" about a thousand parsecs across, and contain "only" millions of stars. There are many more dwarfs than giants, but the giants are so large that they actually contain most of the mass that's found in elliptical galaxies.
Ellipticals contain very little gas and dust (as you'd expect where there are no young stars).

  1. THE LOCAL GROUP: This is the group which contains the Milky Way. It has approximately 35 galaxies, possibly many more small, faint ones. New members of the group are discovered every few years, either along the galactic disk (so they were hard to see through the dust and gas), or just small, faint ones. The Milky Way and Andromeda dominate the Local Group, having about 10 times as much luminous matter as all the other (33+) galaxies combined. They are approaching each other at about 300 km/s (which is VERY FAST, about 675,000 miles/hour). But, the luminous mass is only a small fraction of the mass in the Local Group. There is far more dark matter in the Local Group than luminous matter. We know this, because given the velocities of galaxies in the Group, it should have flown apart billions of years ago.
  2. THE VIRGO CLUSTER: is about 20 Mpc away, and contains more than 1,000 galaxies. It is moving away from the Local Group at about 1000 km/s, which is 200 km/s more slowly than it SHOULD move away from the Local Group. The two clusters interact slightly via gravity, and locally slow each other down from being carried out with the expansion of the Universe. In the picture below, the fuzzy blobs are galaxies in Virgo, and the point-like dots are foreground stars in our own galaxy.

Not only do galaxies cluster, but clusters cluster as well, forming structures known as walls and voids. The voids are huge empty places, many millions of parsecs in diameter, with very few clusters in them, and the walls are long structures where lots of clusters can be found. Here's a picture of a MODEL of this large scale structure, run on a supercomputer (From the National Center for Supercomputing Applications :

And here are the observations that these models hope to reproduce:

  1. 'Zeldovich Pancakes': This is my favorite, just because the name is so cool. Unfortunately, it's also the one that doesn't work! So much for aesthetics. The idea here is that galaxy clusters form in essentially the same way that the solar system formed---a big cloud of gas collapses to form a proto-cluster, which then fragments to form individual galaxies which further collapse to form stars, etc. This is a 'top-down' model, where the largest structures form FIRST, and then each smaller structure forms after that.
    But, this idea has serious flaws.
    1. The time for this collapse to happen is longer than the entire age of the Universe! oops.
    2. Small clusters like the Local Group can not be explained.
    3. The few small isolated galaxies that we observe in voids can not be explained.

    Several times now, I've mentioned that the Universe is expanding. We know this from Hubble's Law. Hubble was the guy who first noticed that the farther away a galaxy is, the faster it's moving away from us. This means that the Universe must be expanding (Recall the 'balloon lab'.).

    If we assume that the Universe has always been expanding at the same rate, we can use the slope of this line to find the age. Comment? Well. First imagine that you look out the window, and you see your roommate running away from your dorm at 6 miles an hour (slow runner, no?), and because you are using binoculars, you can still see her even though she's 12 miles away. You pause a moment, and realize that this means she left two hours ago. Donc

    But Hubble's Law says that

    Which can be rearranged to give

    compare equation 3 with equation 1. Combining the two states that

    Thus, the age of the Universe (assuming constant expansion) can be derived from Hubble's constant, if you are careful about the units. Using the various values of Hubble's constant, the age of the Universe is between about 10 and 20 billion years.


    A gigantic galactic city — still under construction — seen clear across the Universe

    The Universe is hierarchical. That is, smaller things clump together to make ever-bigger ones: Stars hang out together in galaxies, galaxies form groups, groups form clusters, clusters form superclusters…

    Well, it pretty much ends there, but it’s a helluva place to stop. Superclusters are immense structures, hundreds of millions of light years across, containing tens of thousands of galaxies. Their scale pulverizes our puny human brains into dust. They are literally the largest structures in the Universe.

    Not too many are known (which isn’t too surprising if they’re the biggest things in the Universe, how many can there be?). Weirdly, they’re so big they’re hard to see! It’s a forest-for-the-trees situation: They stretch across so much of the sky that figuring out what galaxies are in which cluster can be difficult. They also don’t have well-defined edges, instead fading out around their outer regions.

    Perhaps most difficult is getting good distances to galaxies. Just because two appear next to each other in the sky doesn’t mean they’re physically close one could be ten times farther away than the other. So knowing the three-dimension coordinates is a necessity.

    It was only four years ago that astronomers were able to pin down the existence of Laniakea, the supercluster in which our Milky resides (in fact, click on that link and read that article it goes a long way to explaining where we are here… literally), and we’re dans il. So yeah, this is hard work.

    A team of astronomers, though, has just announced a newly discovered supercluster, and it’s massive. Really, really massive. And huge.

    A visualization of the Hyperion proto-supercluster based on actual observations. Crédit : ESO/L. Calçada & Olga Cucciati et al.

    They call it Hyperion, and it’s soul-crushingly enormous. It’s about 200 x 200 x 500 million light years in extent. Across its short side it’s 2,000 times bigger than our entire Milky Way. And how much stuff is in it? About 5 x 10 15 times the mass of the Sun. That’s 5,000,000,000,000,000: five quadrillion. Five thousand trillion, or five million billion times our local star’s mass. The Milky Way has something like a trillion times the mass of the Sun in it, but Hyperion has five thousand times that much. It’s so big that one sub-clump, one part of it, was already named Colossus because it was so big. I mean, c’mon.

    Now, to be honest, as ridiculously huge as it is, it’s about average for a supercluster. They’re tout really big. So why talk about it?

    Because it’s not really a supercluster. Are you ready for this?

    It’s a proto-supercluster.

    Oh, I love this. What makes this one special is how far away it is, which determines its age. Most superclusters we know are either close by in a cosmic sense (like Laniakea, which we’re inside of), or a billion or two light years away.

    But not Hyperion. It’s 11 billion light years away. That’s almost clear across the visible Universe. In fact, that’s key to what makes it so special: We see it as the Universe itself was only about 2.7 billion years old. That’s not enough time to form a complete supercluster! They need to simmer for much longer before becoming a true supercluster, and Hyperion isn’t there yet. It’s still in the process of settling down after collecting itself, making it a proto-supercluster. No other object like this has ever been seen locally.

    The immense galaxy cluster Abell 2163 is 2.5 billion light years away and contains hundreds of massive galaxies. Credit: ESA/Hubble & NASA

    Here’s how we think these things form (in a very very small nutshell). After the Universe itself got its start, it was mostly a lot of matter (both the kind we’re made of and dark matter, which is important) spread out over space, and expanding. It wasn’t evenly spread out, though: In some places it was denser than others. In those clumps the matter was dense enough that gravity could overcome the expansion, and they started to collapse.

    At this point different hypotheses diverge in one, for example, dark matter is “cold,” and able to clump together. It actually does this before normal matter can, and forms long filaments across vast stretches of space. This becomes the framework for the large structures we see today: Normal matter is attracted to the gravity of the filaments, and is drawn in. This forms huge clumps that further fragment, becoming galaxies and clusters of galaxies. And even those aggregate on a larger scale, held together by their own gravity across vast distance, becoming superclusters.

    This takes time, of course, billions of years. But even as the structures themselves take shape, the substructures need to settle down, too. All that gas sliding in due to gravity stirs things up, and it’s pretty chaotic in the protoclusters. The huge blobs that will soon be galaxies are all moving around, and have barely had any time to interact with each other. That’s important. When two galaxies (or protogalaxies) pass each other over a few millions years, they exchange energy via gravity a big galaxy gives energy to the smaller one, accelerating it. Think of it like a truck driving down the road and throwing a small pebble at the grill. The truck hardly notices, but the pebble goes flying away with a lot more energy.

    Over time, the energy (in the form of velocities of the galaxies) gets redistributed. Very small galaxies might get flung away from the system, ejected after gaining enough energy. Big galaxies start to fall to the center as they lose energy. This process is called (and I love this) relaxation. Eventually, even though galaxies themselves might interact, the system as a whole doesn’t change mass. When that happens we say it’s virialized, a word taken from the Virial Theorem, which describes the energy of such a system. When a cluster is virialized, it’s pretty much done forming.

    And that brings us back to Hyperion. It’s still in the process of relaxing, and hasn’t had enough time to virialize. It’s still forming. So it’s not really a supercluster, at least not yet. That’s why we say it’s a proto-supercluster.

    Even so, it’s surprising to see it so far away it wasn’t thought that such structures could be as far along as Hyperion so soon after the Big Bang. That’s very interesting! It means we still have pieces missing in our understanding of how the early Universe behaves. I’ll let you in on a secret: We already knew that. There’s lots we don’t understand. But it’s nice to see a big — a really, really big — piece of the puzzle laid out in front of us. That helps us fit the other pieces together.

    Hyperion was found due to a combination of several magnificent observational programs. One, called VUDS (for VIMOS Ultra-Deep Survey, where VIMOS is a camera called the VIsible Multi-Object Spectrograph, and yes, nested acronyms are fun), targeted 10,000 galaxies (!!) in deep surveys like COSMOS (the Cosmic Evolution Survey), ECDFS (the Extended Chandra Deep Field-South Survey, taken in X-rays), and VVDS-2h (one particular observation set from the VIMOS VLT Deep Survey). These all look at very distant galaxies, trying to tease out information on these objects. VUDS was able to get distances to so many galaxies that the structure of Hyperion emerged from the data enough to be seen. Without that we wouldn’t know the three-dimensional structure, which is critical.

    Without these wide-angle surveys of the sky, we’d never know what’s going out there in truly deep space. Remember, once upon a time, billions of years ago, that was us. Our own galaxy was a blob of gas and weird stuff near some others that would eventually form our Local Group, and that was near a bigger collections of blobs that would form the Virgo Cluster, and that one was near another and another and eventually we all were part of a vast buzzing proto-structure that would one day become Laniakea: Our home supercluster.


    Voir la vidéo: 12 Problèmes de Santé Que Tes Mains Tindiquent (Décembre 2022).