Galaxies et cosmologie

Les galaxies, vastes ensembles d'étoiles, de gaz et de poussières, vivant au sein des halos de matière noire, n'ont été identifiées comme des mondes à part que dans les années 1920. Depuis, les techniques d'observation modernes ont permis de faire des découvertes essentielles.

Galaxies décrit tout d'abord les diverses morphologies et les catégories de galaxies existantes, permettant de mieux comprendre leur formation et leur évolution (à travers la séquence de Hubble ou le diagramme couleur-magnitude). Il étudie par la suite les principales propriétés de notre galaxie, la Voie lactée, ainsi que celles des galaxies de type précoce (sphéroïdales) ou tardif (spirales). Il analyse également les processus de fusion et les interactions entre galaxies, primordiaux dans la formation et l'évolution des galaxies, la formation des étoiles et la constitution des trous noirs, avant de finalement traiter de l'histoire cosmique de la formation des galaxies.

Galaxies : formation et évolution

Quelle est la nature de cette matière noire, de ces particules exotiques, sans lesquelles ne pourraient se former les galaxies ? Une référence pour tous les passionnés de cosmologie !
  
Si ces dernières années de nombreuses découvertes ont permis de mieux connaître notre Univers, 95 % de son contenu, constitué de matière et d'énergie noires, nous est encore aujourd'hui totalement inconnu. Quelle est la nature de cette matière noire, de ces particules exotiques, sans lesquelles ne pourraient se former les galaxies ?
L'ouvrage, rédigé par Françoise Combes - astrophysicienne dont les travaux de recherche dans ce domaine sont unanimement reconnus - fait le point sur l'état actuel des connaissances, les découvertes les plus récentes et les prochains défis à relever.

La matière noire clé de l'univers ?

Pionnière du domaine, Françoise Combes est spécialiste de la dynamique des galaxies : mêlant observation et simulation numérique, elle cherche à comprendre la relation entre la forme des galaxies et leur histoire, et à décoder les différentes étapes de leur croissance. La physique des trous noirs est pour cela indispensable : les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies y jouent un rôle majeur.
Comment sont-ils alimentés ? Comment recrachent-ils de la matière ? Avec quelles conséquences sur la formation des étoiles au sein de la galaxie correspondante ? Que peut nous apprendre l'observation des quasars, ces galaxies dont le trou noir supermassif central est extrêmement actif, et qui émet une lumière mille fois plus forte que toutes les étoiles de la galaxie réunies ?
Les objets célestes les plus impressionnants de l'Univers sont ici décryptés par une pionnière de l'étude du cosmos.

Trous noirs et quasars

Notre connaissance de la Voie lactée a été profondément renouvelée depuis une dizaine d'années suite aux résultats du satellite astrométrique HIPPARCOS et aux grands relevés stellaires. Bien des concepts que l'on croyait bien établis se sont effondrés, pour être remplacés par d'autres qui vont dans le sens d'une plus grande complexité : en particulier, la mise en évidence des migrations radiales des étoiles vient brouiller l'image simpliste que l'on avait du disque galactique. Certains sujets ont fait d'énormes progrès, par exemple la physique du centre de la Voie lactée avec son trou noir massif, mais d'autres problèmes subsistent, comme la nature de la matière noire qui semble exister dans notre Galaxie. Cet ouvrage fait le point des connaissances actuelles sur la Voie lactée, présentées d'une manière aussi simple et didactique que possible. Les notions de base sont toujours rappelées, ce qui rend son accès possible aux lecteurs n'ayant pas de formation approfondie en astronomie. Cet ouvrage de base servira pour mieux comprendre les résultats attendus de Gaia, qui vont arriver dans quelques années après le lancement en 2013.

La voie lactée

Depuis les travaux d'Einstein sur la relativité générale au début du XXe siècle, nous savons que l'espace est en expansion ou en contraction. L'observation montre que les galaxies s'éloignent toutes les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance : c'est la loi d'expansion de Hubble. Comme d'autres, cette observation n'a fait que confirmer la théorie du « Big Bang », selon laquelle l'Univers a commencé dans un état extrêmement chaud et concentré : la nucléosynthèse primordiale. Grâce à la détection du fond cosmique, on a pu repérer que cet état, composé d'éléments légers comme l'hélium ou le deutérium, a connu d'infimes fluctuations de densité 400 000 ans après le Big Bang. Ce sont ces fluctuations qui ont donné naissance aux galaxies. Depuis 1998, nous savons que l'expansion de l'Univers s'accélère, à cause d'une mystérieuse énergie noire. Un surprenant voyage dans l'espace, et donc. dans le temps !

Le Big Bang

Depuis les travaux d'Einstein sur la relativité générale au début du XX siècle, nous savons que l'espace est en expansion ou en contraction. L'observation montre que les galaxies s'éloignent toutes les unes des autres à une vitesse proportionnelle à leur distance : c'est la loi d'expansion de Hubble. Comme d'autres, cette observation n'a fait que confirmer la théorie du « Big Bang », selon laquelle l'Univers a commencé dans un état extrêmement chaud et concentré : la nucléosynthèse primordiale. Grâce à la détection du fond cosmique, on a pu repérer que cet état, composé d'éléments légers comme l'hélium ou le deutérium, a connu d'infimes fluctuations de densité 400 000 ans après le Big Bang. Ce sont ces fluctuations qui ont donné naissance aux galaxies.
Depuis 1998, nous savons que l'expansion de l'Univers s'accélère, à cause d'une mystérieuse énergie noire.
Un surprenant voyage dans l'espace, et donc... dans le temps !

Le big bang

Pionnière du domaine, Françoise Combes est spécialiste de la dynamique des galaxies : mêlant observation et simulation numérique, elle cherche à comprendre la relation entre la forme des galaxies et leur histoire, et à décoder les différentes étapes de leur croissance. La physique des trous noirs est pour cela indispensable : les trous noirs supermassifs situés au centre des galaxies y jouent un rôle majeur.

Comment sont-ils alimentés ? Comment recrachent-ils de la matière ? Avec quelles conséquences sur la formation des étoiles au sein de la galaxie correspondante ? Que peut nous apprendre l'observation des quasars, ces galaxies dont le trou noir supermassif central est extrêmement actif, et qui émet une lumière mille fois plus forte que toutes les étoiles de la galaxie réunies ?

Les objets célestes les plus impressionnants de l'Univers sont ici décryptés par une pionnière de l'étude du cosmos.

Galaxies et cosmologie

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