Une galaxie spirale est l’un des trois types principaux de galaxies, caractérisée par un disque aplati en rotation orné de bras spiraux brillants, et un bulbe central sphéroïdal d’étoiles plus vieilles. C’est l’une des structures les plus esthétiques de l’univers et le type de galaxie le plus représenté parmi les grandes galaxies brillantes. Notre propre galaxie, la Voie Lactée, est une galaxie spirale.
Structure d’une galaxie spirale
Une galaxie spirale typique se compose de plusieurs éléments distincts. Le bulbe central est une concentration sphérique d’étoiles vieilles entourant généralement un trou noir supermassif. Le disque, étendu et fin, contient le gaz, la poussière et les jeunes étoiles. Les bras spiraux sont les structures les plus visibles : ils contiennent des régions de formation stellaire active, des jeunes étoiles bleues et des nébuleuses brillantes. Le halo sphérique enveloppe l’ensemble et contient des amas globulaires et la majorité de la matière noire.
Spirales normales et spirales barrées
Les galaxies spirales se divisent en deux grandes familles. Les spirales normales ont des bras qui émanent directement du bulbe central. Les spirales barrées, dont fait partie la Voie Lactée, possèdent une structure de barre allongée traversant le bulbe, à partir de laquelle émanent les bras spiraux. Edwin Hubble a classé ces galaxies dans son célèbre diapason de Hubble en sous-types Sa, Sb, Sc selon la compaction du bulbe et l’ouverture des bras.
Les bras spiraux
Contrairement à ce qu’on pourrait penser, les bras spiraux ne sont pas des structures fixes contenant toujours les mêmes étoiles. Ce sont des ondes de densité qui se propagent dans le disque galactique : elles compressent le gaz, déclenchent la formation d’étoiles et brillent grâce aux jeunes étoiles massives qu’elles enfantent. Les étoiles entrent et sortent des bras au cours de leurs orbites autour du centre galactique.
Importance en astronomie
Les galaxies spirales sont des laboratoires naturels pour comprendre la dynamique galactique, la formation stellaire et le rôle de la matière noire. C’est en mesurant les vitesses orbitales dans les galaxies spirales (les courbes de rotation) que Vera Rubin a mis en évidence l’existence de la matière noire dans les années 1970. Les bras spiraux servent aussi de marqueurs visuels pour étudier l’histoire de la formation stellaire des galaxies.
Exemple concret : la galaxie d’Andromède
La galaxie d’Andromède (M31), à 2,5 millions d’années-lumière, est la galaxie spirale la plus proche de la Voie Lactée. Visible à l’œil nu sous un ciel sombre, elle est environ deux fois plus grande que la Voie Lactée et contient un trillion d’étoiles. Dans 4,5 milliards d’années, elle entrera en collision avec notre galaxie pour former une nouvelle galaxie elliptique.
Le saviez-vous ?
Toutes les galaxies spirales ne tournent pas dans le même sens. Certains bras s’enroulent dans le sens horaire, d’autres dans le sens antihoraire, sans préférence statistique. Cette absence d’asymétrie est l’une des preuves de l’isotropie statistique de l’univers à grande échelle.
Questions fréquentes
Toutes les galaxies sont-elles spirales ?
Non. Environ 60% des grandes galaxies brillantes sont spirales, 30% sont elliptiques, et le reste sont irrégulières ou lenticulaires. Mais en nombre brut, les galaxies naines (souvent irrégulières) sont les plus nombreuses dans l’univers.
Comment se forment les bras spiraux ?
Le mécanisme exact reste un sujet de recherche actif. La théorie des ondes de densité, proposée dans les années 1960, postule que les bras sont des ondes qui se propagent dans le disque sans être attachés à des étoiles particulières. D’autres modèles invoquent les interactions gravitationnelles transitoires ou les fusions galactiques.
La Voie Lactée a-t-elle toujours été spirale ?
Probablement pas. Les galaxies spirales se forment progressivement à partir de fusions de galaxies plus petites et de l’accrétion de gaz. Les structures spirales bien définies n’apparaissent que lorsque le disque devient suffisamment massif et stable. Notre galaxie a probablement acquis sa structure spirale actuelle il y a plusieurs milliards d’années.