Les galaxies se présentent sous de nombreuses formes et tailles. Parmi les plus grandes figurent les « elliptiques”, des conglomérats massifs en forme de boule pouvant atteindre un billion d’étoiles. Où ils vivent et comment ils sont construits peuvent en apprendre beaucoup aux astronomes sur l’évolution de l’univers et sur ce que l’avenir réserve à notre propre Voie lactée.

Les elliptiques sont l’une des trois classes principales de galaxies définies par l’astronome américain Edwin Hubble en 1936. Contrairement aux deux autres classes — spirales et lenticulaires — les elliptiques n’ont presque aucune structure discernable. Ils sont à peu près aussi simples qu’un rassemblement d’étoiles peut l’être: des taches massives de forme à peu près sphérique. À travers un télescope amateur, ils n’apparaissent que comme une tache de lumière ronde et floue sur le fond sombre du ciel nocturne.

La galaxie elliptique géante NGC 1132 se trouve à environ 300 millions d’années-lumière de la Terre. Avec un diamètre d’environ 240 000 années-lumière, c’est plus de deux fois la taille de notre Voie lactée! Les nombreux points de lumière qui l’entourent sont un essaim d’amas globulaires qui peuvent être quelques-uns des restes de milliards d’années de collisions galactiques. Crédit : M. West (ESO, Chili), NASA, ESA et la collaboration Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble.

Plus que toute autre classe galactique, les elliptiques présentent une énorme gamme de tailles et de masses. Les plus petites, les elliptiques naines, ne mesurent que quelques centaines d’années-lumière et ne sont pas beaucoup plus grandes que les amas globulaires. Les plus grandes s’étendent sur des centaines de milliers d’années-lumière d’un bout à l’autre et noient notre propre galaxie en comparaison. Les plus massives peuvent contenir près d’un billion d’étoiles, soit environ mille fois plus que la Voie lactée.

La simplicité apparente d’une galaxie elliptique — une boule massive d’étoiles — peut être trompeuse. Dans leurs halos uniformes, les elliptiques montrent une histoire riche et complexe remontant aux racines de l’univers lui-même.

Les elliptiques sont anciens. Les étoiles qui y vivent sont parmi les plus anciennes de l’univers. Contrairement à leurs cousines spirales, les galaxies elliptiques ont arrêté leurs moteurs de formation d’étoiles. Dépourvues d’une grande partie du gaz et de la poussière nécessaires, elles ne créent plus de nouvelles étoiles. Au lieu de cela, ils tiennent fermement aux étoiles anciennes qui ont vécu pendant des milliards d’années.

Le manque de gaz interstellaire est une relique du passé violent des elliptiques. Les mouvements des étoiles au sein de ces galaxies, ainsi que des simulations informatiques sophistiquées, révèlent qu’elles sont très probablement le produit de nombreuses collisions galactiques. Lorsque les galaxies spirales entrent en collision, une grande partie du gaz est retirée et jetée dans l’espace intergalactique. Ce qui reste se comprime rapidement, déclenchant une explosion de formation d’étoiles connue sous le nom d’explosion stellaire. La vague de nouvelles étoiles épuise davantage les réserves de gaz de la galaxie par des vents stellaires intenses et des supernovae qui soufflent des nuages de gaz dans l’espace profond.

Deux galaxies spirales sont prises dans les derniers stades d’une collision dans cette image de Hubble. Nommés NGC 2623, les centres ont déjà fusionné pour former une nouvelle galaxie massive tandis que des flux d’étoiles et de gaz sont projetés dans l’espace. Crédit: NASA, ESA et A. Evans (Stony Brook University, New York, Université de Virginie &Observatoire national de radioastronomie, Charlottesville, États-Unis)

Les régions les plus denses de l’univers fournissent des aires d’alimentation fertiles pour les elliptiques en croissance. Dans les amas riches, les collisions galactiques sont courantes. Les plus grandes galaxies attirent de nombreuses plus petites et se construisent en cannibalisant leurs voisines. Dans les amas galactiques denses, comme l’amas de Coma situé à près de 300 millions d’années-lumière de la Terre, la majorité des galaxies sont elliptiques. Dans cet amas, elles se sont toutes regroupées vers le centre de l’amas, laissant les galaxies spirales restantes vers les bords. Au cœur de l’amas se trouve une galaxie elliptique massive — NGC 4874 — dix fois plus grande que la Voie lactée et entourée d’un essaim d’elliptiques naines plus petites.

Dans la constellation des Bérénices du Coma, à 350 millions d’années-lumière, est l’Amas de Coma. Le noyau de l’amas, image ici, abrite de nombreuses galaxies elliptiques. La plus grande, NGC 4874 (la tache floue à droite), est dix fois plus grande que notre galaxie ! Crédit: ESA/ Hubble&NASA

L’un des aspects les plus intrigants des elliptiques géants est ce qu’ils cachent dans leurs noyaux. Au fond des centres, les elliptiques contiennent chacun un trou noir supermassif. Un trou noir typique se forme à partir de la mort d’une étoile massive et pèse au maximum quelques fois plus que notre soleil. Les trous noirs dans les centres galactiques, cependant, peuvent contenir la masse de plusieurs milliards de soleils. Aucune étoile ne peut faire ça. La formation de ces trous noirs supermassifs est un domaine de recherche actif. Très probablement, ils reflètent l’histoire de la formation de la galaxie. Chaque collision galactique entonnoir la matière jusqu’au centre de la galaxie où les trous noirs individuels de la taille d’une étoile peuvent fusionner et se développer.

En scrutant profondément le noyau de la galaxie ellptique NGC 7052, les astronomes ont découvert un disque de matériaux de milliers d’années-lumière. Le matériau tourne si vite que seul un trou noir avec la masse de plusieurs millions de soleils peut tenir le tout ensemble! Crédit : Roeland P. van der Marel (STScI), Frank C. van den Bosch (Univ. les galaxies elliptiques sont parmi les plus grands systèmes d’étoiles uniques du cosmos et conservent une longue histoire de collisions galactiques. Abritant jusqu’à un billion de soleils, ils peuvent même donner un aperçu de l’avenir de l’univers. Les elliptiques continueront-ils à consommer toutes les galaxies spirales ? Le futur lointain conduira-t-il à un univers composé uniquement de galaxies elliptiques où toute formation d’étoiles a cessé depuis longtemps? Ces entrepôts stellaires massifs contiennent des indices à la fois sur le passé et le futur de notre univers et, pour cette raison, attireront le regard de l’astronome pour de nombreuses générations à venir.

Chris Crockett a obtenu son doctorat en astronomie de l’UCLA en 2011 et a travaillé à l’Observatoire Lowell et aux États-Unis. Observatoire naval. Il s’est alors rendu compte qu’il aimait beaucoup plus parler d’astronomie que de le faire réellement. Après avoir reçu une bourse pour les médias de masse en 2013 de l’American Association for the Advancement of Science, il a passé un été à écrire pour Scientific American, puis est devenu rédacteur en astronomie chez Science News de 2014 à 2017. Ces jours-ci, il est pigiste, se concentrant sur des histoires sur l’astronomie, la science planétaire et la physique. Ses travaux sont parus dans Science News, Scientific American, Smithsonian Magazine, Knowable, Sky&Telescope, et le magazine en ligne Physics de l’American Physical Society.