Les galaxies

Les premières galaxies qu'on a observées furent simplement appelées des "nébuleuses spirales" parce qu'on ne savait pas à quelle distance elles se trouvaient. Ce n'est qu'avec les découvertes d'Edwin Hubble, dans les années 1920, qu'on comprit que les galaxies étaient d'autres "iles" d'étoiles, loin de la Voie Lactée, qui était notre propre galaxie. La connaissance des tout débuts de l'histoire des galaxies est empêchée du fait que les zones de l'Univers où l'on pourrait les observer sont aux limites des possibilités des instruments actuels. Deux théories principales, de nos jours, rendent compte de l'histoire des galaxies: l'une, dite la "théorie de la co-évolution", qui lie galaxies et trous noirs; l'autre, la "théorie du scénario de formation brusque d'étoiles sur la base de collisions", pense que les galaxies se forment sur la base de la fusion de groupes stellaires plus petits. Deux notions complémentaires -le rôle de la matière noire, le rôle, dans tous les cas, des collisions et fusions- viennent s'ajouter à ces théories. Le modèle collisionnel est sans doute l'explication fondamentale de l'évolution des galaxies: pour chaque rencontre entre deux galaxies spirales, il se produit près de 10 fois plus de collisions entre une galaxie de grande taille et une galaxie naine. Même les galaxies elliptiques, par exemple, retrouvent une activité de formation d'étoiles suite à des rencontres avec des galaxies naines. La galaxie spirale NGC 300 est à ce point la représentation-type d'une galaxie spirale que les astronomes l'ont étudiée dans tous ses détails et prise pour référence de toutes les spirales en général; d'une taille de 39000 années-lumière, NGC 300 n'a une taille que de 40% celle de notre Galaxie. Les galaxies les plus légères ont un poids d'1 milliard de masses solaires et les plus importantes de 30 trillions

->Encore plus simple!
Une galaxie elliptique usuelle n'est finalement que le résultat d'un assemblement, pauvre en gaz, d'anciennes étoiles dont on pense qu'il se développe de l'intérieur, un coeur compact se situant à ses origines. Ces coeurs galactiques originels contiennent deux fois plus d'étoiles que la Galaxie dans une région pas plus grande que 6000 années-lumière. Une telle densité est permise du fait que l'Univers des débuts est plus compact que celui d'aujourd'hui et ces coeurs galactiques produisent 300 étoiles par an. Ce sont des environnements extrêmes avec beaucoup de turbulences et de convection. Le processus provient probablement d'un torrent de gaz qui plonge vers le coeur galactique, lequel s'est formé au fond d'un puits gravitationnel de matiètre noire. Après ces début, les fusions entre galaxies amènent ces anciennes galaxies à des modèles plus calmes

->Essayons d'avoir des idées simples!
Bien que l'étude de la formation des galaxies soit une science en mouvement -les tout débuts des étoiles et des galaxies sont soit cachés aux instruments, soit à la limite de ceux-ci- essayons d'avoir les idées simples sur le sujet: apparaissent d'abord, dans l'Univers les étoiles de "première génération", qui se forment de l'effondrement gravitationnel des nuages d'hydrogène et d'hélium. Ces étoiles ne vivent que quelques millions d'années et elles explosent en supernovas, le phénomène, de plus, donnant naissance à un trou noir stellaire. L'explosion des supernovas, de plus, enrichit le milieu d'éléments lourds, de "métaux" (les éléments au-delà de l'hélium (carbone, oxygène, silicium, etc.) lesquels deviennent les éléments de base des étoiles de deuxième génération (ainsi que pour les planètes)! Intervient alors un halo de matière noire dont la force gravitationnelle agit comme un "fixateur" qui va agglomérer entre eux les étoiles de première et de deuxième génération, les trous noirs, le gaz et la poussière. Cela donne les premières proto-galaxies au centre desquelles, le gaz, les étoiles, les trous noirs et d'autres restes stellaires s'agglutinent pour former un trou noir super-massif. En apparaissent deux jets d'énergie (si l'un de ces jets est pointé dans la direction de la Terre, nous voyons un quasar). Les halos de matière noire peuvent représenter jusqu'à 80% de la masse galactique et leur existence fut d'abord proposée pour expliquer pourquoi les parties extérieures des galaxies ont une vitesse de rotation plus élevée.Les galaxies "normales", de la taille usuelle naissent ensuite des collisions entre les proto-galaxies: les galaxies spirales doivent se construire à partir d'un flux de matériau régulier et essentiellement composé de gaz; les elliptiques se forment par des évènements plus violents, du style collision. La matière noire est un ingrédient nécessaire à la formation de n'importe quelle galaxie ou n'importe quel quasar. Des types plus marginaux, eux, n'ont besoin ni d'éléments lourds voire de matière noire: des études récentes ont vu des galaxies naines se former du matériau des origines de l'Univers (sans éléments lourds) et, de plus, sans matière noire; les "galaxies naines de marée gravitationnelle" (en anglais "tidal dwarf galaxies"), qui se forment sur la base de matériau expulsé lors d'une collision de galaxies, elles, se forment avec des matériaux lourds qui se sont formés dans ces galaxies mais elles le font sans présence de matière noire puisque le halo de matière noire de chacune des galaxies entrant en collision a été brisé par la collision. Une étude de fin 2011 a découvert les jeunes galaxies naines, il y a 9 milliards d'années, avaient un taux de formation d'étoiles très important. Leur contenu en étoiles, en effet, à ce taux, doublerait en 10 millions d'années alors que notre Galaxie ne le ferait qu'en 10 milliards. Ce taux de formation est extrême même pour l'Univers des débuts. La raison de cela est encore inconnue et les galaxies naines, de nos jours, en sont revenues à un taux de formation d'étoiles plus normal. En termes de l'influence des trous noirs supermassifs, les études montrent que les galaxies qui possèdent de forts et actifs trous noirs galactiques produisent moins d'étoiles que celle dont le trou noir est moins actif. Les données laissent penser que les trous noirs galactiques et les étoiles de leur galaxie croissent en tandem. Mais les plus gros trous noirs des galaxies les plus massives croissent plus vite que le taux d'étoiles qui se forment dans la galaxie. Peut-être les galaxies massives sont plus efficaces que les moins massives dans l'apport de gaz aux trous noirs supermassifs. Par ailleurs, la croissance des trous noirs les plus massifs dépasse celle des étoiles. La masse des trous noirs galactique, d'une manière générale, est reliée à leurs émissions rayons X et radio. Un tel rapport entre trous noirs et formation d'étoiles pourraient être dû soit à une avance qu'aurait prise les trous noirs aux débuts de l'Univers soit à un avantage qui aurait été acquis sur des milliards d'années. La formation d'étoiles et l'activité du trou noir commencent par croître ensemble mais, à un point, la radiation du trou noir finit par empêcher que les matériaux de la galaxie ne se transforment en étoiles

->La plus récente conception de la formation des galaxies
La mission Galex, de la NASA, dans l'ultra-violet, en 2007, est arrivée à la conclusion qu'une "théorie de l'accroissement par nourrissement" qui est correcte pour rendre compte de comment les galaxies évoluent. Selon cette vue, une galaxie jeune débute sous forme d'une galaxie spirale, qui fabrique des étoiles à un rythme élevé. Puis, elle fusionne avec d'autres spirales ou irrégulières -ce qui mène à quelques épisodes supplémentaires de formation d'étoiles puis, enfin, la galaxie devient une galaxie elliptique (du fait de l'épuisement des ressources en gaz et poussière voire de l'interruption de la formation d'étoiles par le trou noir galactique). Une conséquence essentielle de la découverte de ce schéma est que les astronomes ne se réfèrent plus aux galaxies selon leurs formes, comme c'était le cas jusqu'à présent, mais, désormais, par leurs couleurs: les galaxies bleues, petites ou irrégulières; les galaxies rouges, grandes et elliptiques. Cette découverte, de plus, a permis d'affirmer qu'une catégorie intermédiaire de galaxies -en quelque sorte des galaxies "adolescentes"- permettait la transition entre les spirales et les elliptiques. Certaines, d'ailleurs, se transforment rapidement en elliptiques alors que d'autres restent longtemps dans leur état de galaxies intermédiaires. Par ailleurs, cependant, ont récemment compris que les galaxies des débuts de l'Univers n'ont pas subi ces collisions fréquentes que la théorie décrivait jusqu'alors et qui amenait des "explosions" de formation d'étoiles, épuisant rapidement le gaz disponible. Au contraire, la base de la formation d'étoiles est l'utilisation, sur des périodes de temps longues -de l'ordre de centaines de millions d'années- du gaz et de la poussière disponibles. Cela donne un fort taux de formation d'étoiles, lesquelles sont des étoiles de grande taille, chaudes et brillantes. Le choc de galaxies massives, donc, n'a pas été la méthode dominante de comment les galaxies se sont développées. L'hydrogène H alpha, qui est de l'hydrogène frappé par de la lumière ultra-violette, est un indice de la formation longue. Un groupe de galaxies qui constituent une sorte de "chaînon manquant", découvert vers 2012 par la mission Galex de la NASA, montre que les deux types principaux de galaxies de l'Univers -les elliptiques "rouges et mortes" et les spirales bleues- peuvent passer de l'un à l'autre type. En effet, il semble bien que les galaxies pourraient ainsi changer de forme plusieurs fois au cours de leur vie... Entre les études de galaxies sans poussière et celles concernant les galaxies avec poussière, on a une deux images différentes lesquelles ne s'accordent pas toujoursimage NASA/JPL-Caltech

Un processus pourrait être commun et essentiel pour la compréhension de la formation des galaxies: du gaz froid tomberait sur un trou noir supermassif et déclencherait l'activité de ce dernier, lequel émetterait des jets à vitesse rapide de plasma incandescent; puis la gravité de la galaxie et le refroidissement du plasma (qui ralentirait de ce fait) feraient que le plasma retomberait sur le trou noir et le cycle recommencerait. La physique de la formation des étoiles et l'influx de masse, de mouvement et d'énergie dans le milieu interstellaire par les étoiles massives sont les principales incertitudes dans les simulations modernes de la formation et de l'évolution des étoiles. Ces processus déterminent les propriétés des galaxies. Dans les simulation, le temps qu'il faut pour épuiser le gaz des galaxies par la formation d'étoiles (vers 2 milliards d'années) excède la dynamique des nuages de 2 fois

de gauche à droite: une galaxie jeune et bleue, une galaxie de transition et une elliptique site 'Amateur Astronomy'

Les premières étoiles et galaxies: vers 200 millions d'années après le Big Bang L'ère des quasars: à 1 milliard d'années après le Big Bang La période des proto-galaxies: entre 1,4 et 4,6 milliards d'années après le Big Bang

Les galaxies actuelles: à partir de 4,5 milliards d'années après le Big Bang D'autres données

Les premières étoiles et galaxies: vers 200 millions d'années après le Big Bang

Il nous manque toujours le premier chapitre de l'apparition des étoiles et des galaxies soit ce qui s'est passé du redshift 1000 au redshift 10. On ne sait pas encore très bien comment l'Univers a formé ces structures à partir de la boule de feu en voie de refroidissement et d'assombrissement qui se développa à partir du Big Bang. Les astronomes pensent qu'une période de changements rapides a créé les conditions qui ont permis que l'ensemble des galaxies soit ce qu'il est aujourd'hui. Le taux de formation d'étoiles, alors, s'est accéléré énormément, croissant d'un facteur 10 dans la période 480-650 millions d'années après le Big Bang. Les premières étoiles et les premières galaxies se sont alors formées à partir de gaz piégé dans des poches de matière noire. On suspecte qu'il existe, à 500 millions d'années après le Big Bang, une population abondante et sous-jacente d'objets extrêmement petits et faibles, ayant une taille de 850 années-lumières et des masses de 40 millions d'étoiles. Ces galaxies deviennent rapidement ensuite les lieux d'une forte formation d'étoiles. Certaines galaxies de petite taille des origines réussissent à parvenir jusqu'aux temps actuels dans leur état d'origine et ne forment, ainsi, jamais de métaux lourds; elles restent pauvres en métal comme à l'époque où se sont formées les premières étoiles (les premières étoiles trouvent leurs racines dans un milieu extrêmement pauvre, sans les métaux lourds qui agissent comme une sorte de fertilisant). Ce qu'on appelle, en anglais, des "big baby galaxies" (littéralement "galaxies gros bébés") sont beaucoup plus grandes et plus avancées qu'on ne concevait les galaxies des débuts

Galaxies et amas des débuts de l'Univers!: la galaxie naine MACS0647-JD était, fin 2012, l'objet le plus lointain observé dans l'Univers, à 420 millions d'années après le Big Bang; elle possède un redshift de 11. D'autres galaxies sont déjà matures, avec éléments lourds à 700 voire 530 millions d'années après le Big Bang. Une galaxie embryonnaire (nommée SPT0615-JD), de 500 millions d'années après le Big Bang, a pu être observée plus en détail par le biais d'une lentille gravitationnelle. On a observé depuis des étoiles se formant dans une galaxie lointaine seulement 250 millions après le Big Bang -ce qui, par ailleurs, fait de cette galaxie -la MACS1149-JD1, dans la constellation du Lion- la plus lointaine observée. L'oxxygène n'existait pas dans ces débuts de l'Univers et ce sont les étoiles, dans leur fin, qui l'ont formé. Ces données sont considérées comme situant ces phénomènes plus tôt que ce qu'on pensait habituellement. Le plus lointain groupe de galaxies est un groupe de 3 galaxies, à 680 millions d'années après le Big Bang. Un amas de galaxies entièrement constitué, contenant 37 galaxies-membres, a été observé à un redshift de 2 soit à il y a 10,4 milliards d'années

On commence d'admettre que les étoiles et les galaxies ont commencé de se former à un taux important dès très tôt dans l'Univers. Ces débuts eurent lieu dès avant la fin de l'"âge sombre" -ces temps commençant 400 millions d'années après le Big Bang et pendant lesquels l'Univers est essentiellement obscur du fait que l'hydrogène neutre bloque la lumière des premiers objets. De premières étoiles ont été observées dès 200 millions d'années après le Big Bang! La première galaxie, elle, a été observée à 1 milliard d'années après les débuts de l'Univers, à 12,7 milliards d'années-lumière de nous! C'est un groupe d'1 million d'étoiles, d'une taille de 1/20ème de notre Galaxie. D'autres premières galaxies semblables ont été trouvées en 2007, petites et composées d'étoiles bleues, jeunes et actives qui transforment l'hydrogène et l'hélium en éléments plus lourds; cependant, des recherches, en 2015, ont montré que ces galaxies primordiales de l'Univers étaient plus nombreuses, plus diffuses et plus peuplées d'étoiles géantes que prévu. Les galaxies -contenant un milliard d'étoiles- se sont formées dè 600 millions d'années après le Big Bang et qui contiennent des nuages de gaz et de l'oxygène (étant eux-mêmes le résultat d'explosions supernova). Des sursauts rayons gamma sont observés 100 millions d'années plus tard. De tels objets se situent complètement dans ce qu'on appelle l'ère de la réionisation (entre 150 et 800 millions d'années après le Big Bang). Ce sont ces galaxies qui ont joué ce rôle important, bien que minuscules, de ré-ioniser l'Univers. Une bulle de gaz ionisé de 6,5 millions d'années-lumière entoure UDFy-38135539, une dimension que ne devrait pas permettre la gravité de cette seule galaxie, ce qui laisse penser qu'elle côtoie d'autres galaxies, plus faibles et encore moins massives. Ces galaxies des origines sont les blocs de base à partir desquels se formeront les galaxies suivantes (les fusions incorporent aussi du gaz froid). C'est en leur sein que se forment les premières étoiles. On pense que la matière noire joue un rôle dans ces processus: on voit, en effet, ces galaxies primitives fusionner en des galaxies plus grandes au sein de halos de matière noire! Ces fusions amènent un plus fort taux de formation d'étoiles. La théorie selon laquelle on pensait que les galaxies se formaient par accrétion lente (la "Central Quiescent theory" en anglais), a maintenant été complètement abandonnée. Les étoiles qui se forment successivement, dans cet environnement de formation d'étoiles, deviennent progressivement de plus en plus bleues à chaque génération, du fait qu'elles bénéficient des éléments lourds fabriqués par la première génération d'étoiles, essentiellement de l'hélium. Les études les plus récentes montrent que ces galaxies primitives de petite taille peuvent se transformer, par collision, soit en elliptiques, soit en spirales et il semble que la Nature ait une préférence pour les spirales. Les galaxies, par ailleurs, peuvent aussi avoir une autre façon de déclencher des formations d'étoiles. Aux débuts de l'Univers, les galaxies contenaient beaucoup plus de gaz (quoique peu aptes à former des étoiles) que par la suite et les collisions n'étaient pas le moyen le plus habituel de déclencher ce processus, lequel pouvait se produire lorsqu'une galaxie continuait d'agréger le matériau gazeux qui se trouvait encore autour d'elle. Par ailleurs, des galaxies des débuts de l'Univers pourraient avoir eu une taille importante et avoir formée des étoiles en nombre important: ainsi celle qu'on a observée à seulement 750 millions d'années après le Big Bang (soit un redshift de 7,2), qui forme 100 Soleils par an (à comparer à 3 dans l'actuelle Galaxie). Il s'agit d'une galaxie en forme de bulle dont la taille est cinq fois plus petite que la Galaxie et la masse 100 fois plus petite. Des galaxies très lumineuses se trouvent à 12,5 milliards d'années-lumière avec une luminosité supérieure à celle de 300 milliards de milliards de Soleil, des objets appelés, en anglais "extremely luminous infrared galaxies" ("galaxies infrarouges extrêmemnt lumineuses", ou ELIRG); elles pourraient abriter un trou noir gigantesque se nourrissant de gaz. La découverte que les galaxies naines autour de la galaxie d'Andromède tournent autour de celle-ci et sont réparties sur un plan, début 2013, apparaît en contradiction avec les différentes théories de formation des galaxies et de la matière noire: les galaxies naines devraient être les restes des populations d'origine qui se sont agrégées, via la matière noire, de façon aléatoire, pour former celles-ci. Les galaxies naines d'Andromède orbitant dans un même plan, la découverte est la première confirmation d'une intuition qui existait déjà et qui prétendait que les galaxies naines situées dans le voisinage de plus grosses structures ne sont pas réparties de façon aléatoire. Les astronomes doivent donc maintenant résoudre cette contradiction et certains vont même jusqu'à prétendre que la physique d'Einstein et Newton n'est pas correcte. Les galaxies naines sont groupées sur un plan de rotation fin, presqu'à angle droit d'Andromède. Des galaxies à forme allongée, de petite taille, existaient en abondance aux premières époques de l'Univers et elles dérivaient dans l'espace. Du gaz intergalactique, ainsi, tombait sur les galaxies en déclenchant une très forte formation d'étoiles. Près de 10% de toutes les galaxies de cette époque possèdent de telles formes allongées et on les appelle des "tétards". Leur développement a ralenti comparé à celui de leurs semblables qui sont devenues des spirales au cours de milliards d'années

Dans ce qui est une étape-clé dans la compréhension de comment la matière noire contribue à la naissance des galaxies dans l'Univers primitif, la mission conjointe ESA-Etats-Unis du Herschel Space Observatory a été capable de déterminer combien il faut de matière noire pour qu'apparaisse une galaxie dans laquelle des étoiles se forment. Il faut, exactement, une masse équivalent à 300 milliards de notre Soleil. S'il n'y a pas assez de matière noire, alors le développement de la galaxie fait long feu; s'il y en a trop, le gaz ne se refroidit pas suffisamment pour former une seule galaxie de grande taille et, finalement, apparaissent de nombreuses plus petites galaxies. Le processus de formation des premières galaxies se déroule ainsi: des agrégats immenses de matière noire jouent le rôle de puits gravitationnels qui rassemblent le gaz et la poussière nécessaire. Lorsque ce mélange de gaz et de poussière tombe dans ce puits, il se condense et se refroidit, ce qui permet la formation d'étoiles. Lorsque suffisamment d'étoiles se sont formées, une galaxie existe. On a également constaté que ces galaxies primitives sont plus regroupées en des sortes d'amas qu'on ne le pensait et le degré de regroupement dépend aussi de la quantité de matière noire. Les groupes de galaxies, par ailleurs, sont l'une des formes de regroupement de galaxies les plus communes (ils comprennent aux alentours de 50 objets gravitationnellement liés). Ces observations ont été effectuées sur des galaxies avec formations d'étoiles situées à entre 10 et 11 milliards d'années-lumière, dans une région du ciel dite le "Lockman Hole', qui se trouve dans la Grande Ourse. Par ailleurs, un immense proto-amas de galaxies, en formation aux débuts de l'Univers, a montré que beaucoup de la formation d'étoiles a lieu cachée par de la poussière, dans l'amas lui-même. Des précurseurs d'amas de galaxies existent dès 3 milliards d'années après le Big Bang et un proto-amas a même été observé à 1 milliard d'années après le Big Bang. Les étoiles et les galaxies sont venues d'abord puis les galaxies se sont assemblées en amas. Les amas de galaxies se forment vers il y a 11,1 milliards d'années. Une grande quantité de gaz chaud est l'un des éléments qui définissent un amas de galaxies. La formation des amas elle-même a entraîné la chute gravitationnelle de grandes quantités de matière amenant encore de nouvelles étoiles et nouvelles galaxies; la matière noire, mélangée au tout, a aidé à la création d'étoiles

On a noté, dans les galaxies contemporaines, que les plus puissantes explosions de supernovas on lieu dans des galaxies de très faible masse. Les étoiles qui finissent supernovas dans ces galaxies restent massives jusqu'à leur explosion alors que, dans les galaxies plus grandes, elles dissipent plus de matériau avec l'àge et sont donc moins massives au moment de l'explosion. Ces galaxies de petites tailles ont de faibles masses et un faible taux de formation d'étoiles; elles ont moins d'atomes lourds, tels le carbone ou l'oxygène, que les grandes galaxies car ce sont des galaxies jeunes et leurs étoiles ont donc eu moins de temps pour enrichir leur environnement. Ce manque d'atomes lourds se retrouve dans les couches des étoiles qui se préparent à exploser comme des supernovas; celles-ci, ainsi, ont donc moins de matériau à dissiper avant l'explosion et donc ces étoiles massives des petites galaxies ont donc une masse plus forte que les étoiles identiques des grandes galaxies. Et le plus l'étoile a de matière, le plus l'explosion de la supernova sera forte. Ces galaxies naines présentent de grandes similarités avec les galaxies qui ont dû exister aux débuts de l'Univers. Les "Lyman-alpha emitters" ("émetteurs Lyman-alpha") sont des galaxies qui ne brillent que dans la bande Lyman-alpha de l'hydrogène et notre compréhension actuelle de la formation des étoiles ne peut pas expliquer entièrement ce type de galaxies. Des halos lumineux d'hydrogène exisent autour des galaxies aux débuts de l'Univers, ce qui laisse penser à des flux de matériau depuis et vers ces galaxies

->Les galaxies naines que l'on peut encore observer aujourd'hui dans l'environnement des grandes galaxies sont maintenant considérées comme étant des restes des éléments de base qui ont contribué à les construire. Ainsi, beaucoup de ces galaxies naines se trouvent, relativement invisibles, dans les amas de galaxies. Ces galaxies naines sont de la taille du Petit et du Grand Nuage de Magellan, ces galaxies satellites de la Galaxie, et elles sont probablement l'équivalent des galaxies primitives apparues aux tout débuts de l'Univers
Une étude, publiée en 2007, par ailleurs, a découvert les galaxies les plus anciennes jamais observées: elles se trouvaient à 500 millions d'années après le Big Bang et elles font sans doute partie de ces tout premiers objets de l'Univers qui ont commencé de ré-ioniser celui-ci aux époques de l'"âge sombre"!

->Les galaxies commencent de se former dans les filaments de l'Univers
Une avancée récente -2008- de la connaissance de la formation des galaxies permet de penser que les galaxies commencent de se former dans les filaments de l'Univers puis qu'elles se déplacent vers les noeuds de ces filaments, là où se trouvent les amas de galaxies
On sait, en effet, aujourd'hui, que l'Univers ressemble à un vaste ensemble de filaments, lesquels se joignent à des noeuds. Le tout donne un Univers qui ressemble, pour employer cette image, à une vaste éponge

->Une nouvelle conception du rôle des trous noirs des débuts de l'Univers dans la formation des galaxies!
Une étude de 2009, par le biais d'une modélisation informatique, a découvert que les trous noirs, aux débuts de l'Univers, pourrait bien avoir manqué de "nourriture" et qu'ainsi, n'ayant pas de matériaux à ingérer, ils seraient restés en stagnation, isolés au milieu de poches vides. Cela va à l'encontre des thès précédentes qui pensaient que les premiers trous noirs avaient accumulé de la matière rapidement et qu'ils s'étaient transformés en trous noirs galactiques super-massifs. Une explication à cela peut être que les premières étoiles -s'étant formées du gaz des premiers nuages de gaz de l'Univers- furent de très grosses étoiles -de vers une centaine de masses solaires- et qu'elles se sont vite transformées en trous noirs via une explosion en supernovas. Mais ces étoiles, du fait de leurs très fortes radiations, avaient vidé leur espace environnant de toute matière; aussi, ces trous noirs n'eurent plus de matériau à engloutir. Ils ne s'accrurent de taille que de 1% tous les 100 millions d'années. Leur rôle dans la formation des premières galaxies, alors, se serait exprimé de la manière suivante: les trous noirs, émettant de fortes radiations dans les rayons X, affectèrent des nuages de gaz situés loin d'eux et y empêchèrent, en les échauffant, la formation d'étoiles. Ces nuages de gaz qui ne purent produire d'étoiles finirent, après des millions d'années, par s'effondrer sur eux-mêmes, formant ainsi, directement, les premiers trous noirs galactiques... Les trous noirs sans matériau à ingérer, eux, soit auraient été absorbés en orbite par des objets plus grands, qui auraient fini, par la suite, par se transformer eux-mêmes en trous noirs, soit ils existeraient encore aujourd'hui, dans leur taille originale, dans les halos des galaxies où ils auraient été éjectés par des interactions gravitationnelles avec les autres objets de leurs galaxies. D'une façon générale, on pense désormais que les tours noirs galactiques se sont formés tôt dans l'histoire des galaxies (et dans de petites galaxies)

En 2011, via une image prise par le télescope Chandra, un télescope dans les rayons X, les astronomes ont enfin eu la première preuve directe que les trous noirs galactiques sont chose commune dans l'Univers des débuts, à entre 850 et 900 millions d'années après le Big Bang. L'étude a également montré que ces trous noirs ont une croissance plus forte que prévu, en tandem avec celle de leurs galaxies-hôtes. Les trous noirs se sont formés, aux débuts de l'Univers, en tant que germes gravitationnels et ils se sont développés soit en cannibalisant des étoiles et du gaz dans les galaxies qui les abritaient, soit, lorsque celles-ci entraient en collision, ils fusionnaient eux-mêmes avec d'autres trous noirs. On avait théoriquement prédit cette population de trous noirs et on savait qu'il y a croissance parallèle entre trous noirs et galaxies dans l'Univers proche mais les nouveaux résultats montrent définitivement que cette population existe bien et que le lien entre trous noirs supermassifs et galaxies a bien commencé tôt, peut-être dès les débuts des uns et des autres. Entre 30 et 100% de ces galaxies des débuts contiennent de tels trous noirs supermassifs en croissance, soit un total d'au moins 30 millions de tels trous noirs pour les débuts de l'Univers. Ensuite, ces trous noirs galactiques vont croître d'un facteur cent ou mille pour finalement, en 13 milliards d'années, devenir semblables aux trois noirs supermassifs actuels. D'énormes halos de gaz entourant les plus anciennes galaxies de l'Univers (il y a 12,5 milliards d'années, les halos s'étendant jusqu'à 100 000 années-lumière du centre galactique) constituent la nourriture parfaite pour les trous noirs galactiques; l'observation donne une explication à la croissance rapide des quasars à cette époque. Les trous noirs galactiques, ainsi, aux débuts de l'Univers, sont, en nombre, 10000 fois plus que les trous noirs liés aux quasars. Cependant, on a là des versions moins extrêmes de quasars -qui, eux, sont des objets rares, très lumineux, mus par des matériaux qui tombent sur leurs trous noirs- et ils ont une masse un millier de fois moindre. Tous ces trous noirs galactiques des débuts de l'Univers sont obscurcis par d'épais nuages de gaz et de poussière et la lumière qui est générée par les matériaux absorbés par le trou noir se retrouve bloquée au centre de la galaxie-hôte; elle n'est détectable que dans les hautes énergies, dans les rayons X. On pensait, de plus, que ces trous noirs des origines avaient joué un rôle important dans la dissipation de l'hydrogène neutre (ou "brouillard cosmique") qui s'était installée lorsque les températures du Big Bang avaient décru. Mais les résultats du télescope Chandra montrent que ces quantités d'hydrogène et de poussière ont en fait arrêté la radiation ultraviolette des trous noirs d'aller suffisamment loin pour être à la source de l'époque dite de "ré-ionisation". Aussi, pense-t'on que ce sont les premières étoiles et non les premiers trous noirs qui ont, aux débuts de l'Univers, éclairci ce brouillard cosmique

L'étude "Cosmic Evolution Survey", ou "COSMOS", menée par le télescope spatial Spitzer a révélé, en 2014, des centaines de galaxies de grande taille, cent fois la masse de la Galaxie, qui datent d'aux alentours de moins d'1 milliard d'années après le Big Bang; cette découverte vient jeter un doute sur les modèles collisionnels de formation des galaxies: comment ces galaxies ont-elles atteint ces masses en si peu de temps? Une explication pourrait être que les galaxies ont commencé de se former 400 millions d'années après le Big Bang soit 100 millions d'années plus tôt que prévu

L'ère des quasars: à 1 milliard d'années après le Big Bang

Un quasar, spécifiquement, est la région compacte entourant un trou noir supermassif au centre d'une galaxie active. La majorité des trous noirs supermassifs des débuts de l'Univers pourraient être obscurcis par de la poussière. Certains pensent que c'est la présence -puis l'absence- de poussière dans les galaxies qui a été la cause principale du pic de formation d'étoiles dans les galaxies à cette époque et que les vents stellaires, les explosions supernova et les éventuels jets des trous noirs galactiques ont pu être aussi un facteur. Les radiations émises lorsque le trou noir d'un quasar s'alimente, avec leur vitesse et leur température, peuvent détruire leur galaxie, et/ou retarder la formation d'étoiles. L'époque de ces anciennes galaxies est mieux connue depuis les observation du Herschel Space Observatory de l'ESA (lancé en 2009 et dont la mission est terminée depuis) qui ont résolu en galaxies la radiation cosmique infrarouge de fond. Une époque critique de l'évolution des galaxies a lieu vers 1 milliard d'années après le Big Bang (il existe même alors des "hyper-starburst galaxies", "galaxies à hyper formation d'étoiles"). Le trou noir galactique le plus éloigné qu'on connaisse est un quasar d'une masse de 800 millions de fois celle du Soleil qui se trouve à 690 millions d'années après le Big Bang (redshift 7.54); il est de grande taille et se trouve dans une poche d'hydrogène neutre soit le seul exemple qu'on ait d'un objet précédant la réionisation. Pour qu'un trou noir atteigne cette taille dans les débuts de l'Univers, on pense qu'il a dû exister des conditions spéciales permettant un telle croissance. On pense qu'il existe entre 20 et 100 quasars aussi brillants et aussi distants mais les plus récentes études montrent que les quasars très brillants ne sont pas aussi nombreux qu'on le pensait aux débuts de l'Univers. Un quasar se caractérise par un disque d'accrétion qui émet jusqu'à 1000 fois l'énergie de la Galaxie... Des reconnexions magnétiques se produisent dans les quasars -comme dans de nombreux endroits dans l'Univers ou dans les réacteurs nucléaires. Les galaxies étaient alors plus efficaces à former des étoiles, à cette époque lorsque l'Univers était plus jeune (entre 0,75 et 1,5 milliards d'années après le Big Bang -soit entre les redshift 4 et 7). Ceci est probablement dû au fait que, dans ces temps anciens, l'Univers était plus condensé et donc l'était aussi le gaz des galaxies. Celles-ci, de plus, auraient subi moins de "feedback", le terme anglophone pour désigner les différents obstacles s'opposant à ce que le gaz se transforme en étoiles. Aucune galaxie ne transforme son gaz à 100% en étoiles car ces obstacles existent: explosions des supernovas, vents stellaires des étoiles massives et activité des trous noirs galactiques qui échauffent leur environnement (processus dit, en anglais, "feedback"). Le fait que les trous noirs soient liés à la formation des étoiles (le gaz échauffé arrête la formation d'étoiles), le rapport un trou noir galactique vaut 0,2 à 0,5% de la masse de la galaxie-parent ne fontionnent pas dans l'Univers des débuts comme dans celui d'aujourd'hui: dans ce dernier, les trous noirs pourraient avoir évolué plus efficacement que les galaxies (et la valeur serait de 10%). Les trous noirs supermassifs non seulement ingèrent de grandes quantités de gaz et de poussière mais ils peuvent aussi ré-émettre du gaz vers l'extérieur. Des cavités de grande taille et des filaments existent dans le gaz chaud qui se trouve autour de nombreuses galaxies massives. Une façon d'expliquer le nombre important de trous noirs supermassifs aux débuts de l'Univers est une théorie qui pense que certains de ces trous noirs auraient comme origine l'effondrement d'étoiles elles-mêmes supermassives (10000 masses solaires); ces étoiles doivent leur existence à des régions où la formation de galaxies a lieu rapidement -ce qui se produit là où un halo de matière noire se développe rapidement aussi. Ainsi, ces trous noirs apparaissent avant que les galaxies ne le fassent. Les binaires rayons-X ont peut-être joué aussi un rôle dans l'évolution de l'Univers en jouant un rôle critique pour ce qui est du réchauffement du gaz intergalactique dans lequel les premières galaxies se sont formées. La vitesse à laquelle certains trous noirs galactiques se sont développés aux débuts de l'Univers, d'autre part, pourrait être due à la destruction d'étoiles de grande taille et au fait que ces trous noirs ont "ingéré" pendant longtemps les restes de ces destructions

Les dernières conceptions relatives aux quasars!
On sait maintenant que le pic de l'activité des quasars aux débuts de l'Univers a réellement été le produit des collisions chaotiques et des fusions des galaxies, ce qui a nourri de gaz les trous noirs supermassifs. Découverts dans les années 1960, les quasars déversent, dans une région d'espace plus petite que notre système solaire, une lumière équivante à un milliard de milliards d'étoiles... Les quasars sont les plus actif des trous noirs supermassifs galactique; ils attirent du matériau, lequel est chauffé au point qu'il devient une sorte de phare intergalactique. Ce rayon de lumière provient d'un disque de gaz brillant, super-chaud, qui entoure le trou noir. Les quasars sont des trous noirs galactiques avec une masse d'entre des millions et des milliards de fois la masse du Soleil et qui se trouvent au centre d'une galaxie. Ils peuvent avaler des quantités énormes de gaz et de poussière qui sont tombés dans leur champ d'attraction gravitationnelle. Cette matière, tombant en direction du trou noir brille d'une telle luminosité qu'on peut les voir depuis des milliards d'années-lumière. Le disque de matière qui entoure un quasar peut être mince ou épais fonction de comment le trou noir "s'alimente"

Les quasars -contraction de l'anglais "quasi-stellar object", "objet quasi stellaire", car, lors de leur découverte, ils avaient un aspect d'étoile sans qu'on sache quelle était leur véritable nature- sont les objets les plus lumineux de l'Univers; ce sont les coeurs brillants de "galaxies actives" contenant un trou noir central actif. Le matériau qui tombe sur le trou noir lui donne de l'énergie et, plus particulièrement deux jets qui partent du disque d'accrétion, lesquels sont alignés avec l'observateur sur Terre. L'énergie libérée lorque les particules tombent en direction du trou noir génère une radiation intense et des jets puissants de particules à haute énergie démarrent au trou noir à près de la vitesse de la lumière. Ces jets peuvent interagir avec les champs magnétiques ou les photons ambiants. Lorsque les électrons, dans ces jets, s'éloignent du quasar, ils traversent une mer de photons de fond, restes du Big Bang. Lorsqu'un électron à haute vitesse entre en collision avec un de ces photons de la radiation cosmique micro-onde de fond, il peut accélérer ceux-ci et les faire passer dans les rayons X. Cela se produit lorsque les quasars existent à une époque où la radiation cosmique de fond est mille fois plus importante qu'aujourd'hui, et cela rend les jets plus brillants. Ces jets rayons X de ces temps lointains, par ailleurs, semblent se déplacer légèrement plus lentement que les jets des galaxies plus proches (cela peut être dû au fait que les jets ont moins d'énergie à la base -au trou noir- ou qu'ils sont plus ralentis par l'environnement). Les galaxies actives sont des galaxies qui émettent des rayons gamma et ce centre inhabituellement lumineux est la preuve que s'y déroule une accélération des particules à des vitesses approchant celle de la lumière. Le télescope spatial Chandra de la NASA -qui travaille dans les rayons-X- a observé qu'un quasar, qui se trouve à 1 milliard d'années après le Big Bang, abrite en son centre un trou noir supermassif, comme le font les autres quasars, lesquels sont cependant plus anciens. Cette découverte est importante car elle est la preuve que tous les quasars, quel que soit leur âge, sont alimentés par des trous noirs supermassifs. Comment de tels trous noirs peuvent-ils apparaître aussi rapidement dans l'Univers? Il se pourrait qu'ils soient le résultat de la fusion de milliers de trous noirs stellaires, qui, eux-mêmes, résultaient de l'explosion d'étoiles massives en supernovas. Le trou noir du quasar SDSSp J1306 a une taille d'1 milliard de masses solaires! Tous ces trous noirs ont une structure semblable: la matière qui tombe vers leur centre donne naissance un disque d'accrétion en rotation rapide et une "atmosphère" chaude (une "couronne"). Une partie des rayons-X à haute énergie que l'on observe de ces évènements, sont dûs à des photons optiques, ultra-violet et rayons-X, à basse énergie, qui viennent du disque d'accrétion et qui se heurtent aux électrons chauds de la couronne. Les photons, ensuite, sont accélérés en photons rayons-X de haute énergie. les termes, sur l'illustration jointe, en anglais, signifient: "Torus", anneau, "Accretion Disk", disque d'accrétion, "Corona", couronne, "Black Hole", trou noir. Les quasars datent d'une époque de l'Univers qui contenait de grandes quantités de poussière au point que certaines des galaxies qui abritent un quasar peuvent ne pas être visibles. Les vents d'un quasars contribuent à faire perdre de la masse à une galaxie: ils éliminent du gaz, qui sert à la formation des étoiles image: X-ray: NASA/CXC/D.Schwartz & S.Virani; illustration: CXC/M.Weiss

->Une étude récente montre qu'un boom de formation de galaxies a eu lieu aux alentours de 900 millions d'années après le Big Bang (alors qu'à peine auparavant, on n'observe rien de semblable). Il semble probable que l'on puisse lier lier ce boom à l'"ère des quasars". Les galaxies, vers 1 milliards d'années après le Big Bang, sont des galaxies naines, qui produisent des étoiles à un rythme dix fois plus élevé que les galaxies qui viennent ensuite

Les plus vieux quasars de l'Univers ont été observés en 2010, à une distance de 13 milliards d'années-lumière. Ils pèse plus de 100 millions de masse solaire. On a découvert, dans une galaxie qui existe seulement 875 millions d'années après le Big Bang, un trou noir de 12 milliards de masses solaires, qui est grand comme 3000 fois le trou noir supermassif de la Galaxie; pour avoir atteint cette taille en si peu de temps, il doit avoir consommé de la matière à presque le maximum possible par les lois de la physique pendant presque toute son existence. Ces quasars sont vus à une époque de l'Univers où les molécules qui aurait pu former de la poussière n'existaient pas encore (elles ne furent créées que par toutes les générations d'étoiles qui terminèrent leur vie en tant que supernovas). La masse même d'un trou noir supermassif est aussi un facteur: le plus longtemps un trou noir galactique se développe, le plus de la poussière a le temps de se former autour de lui. Ces quasars dépourvus de poussière sont ainsi plus faciles à détecter au fin fond de l'Univers. Les "quasars" sont des objets lointains, très brillants. On pense que ce sont des trous noirs supermassifs situés au centre de galaxies et dont la force de la lumière empêche de voir celles-ci. Selon la théorie de la co-évolution, les trous noirs et les galaxies se développent en interaction, étant en compétition, de plus, pour prendre la matière des nuages de gaz des origines de l'Univers. Les trous noirs pourraient aussi être apparus au sein des galaxies primitives de la période précédente mais ils ne deviendraient actifs qu'au cours de cette seconde période. Comme les trous noirs supermassifs actuels, les trous noirs des quasars sont, à 75%, enfouis dans d'épaisses enveloppes de poussière. Une plus forte corrélation, par ailleurs, a été établie entre la taille des trous noirs et celle des halos de matière noire. On trouve aussi, au cours de cette deuxième époque, des "galaxies infra-rouges", lesquelles forment des étoiles à un rythme important. La vie moyenne du disque d'accrétion des trous noirs stellaires est d'à peu près 100 millions d'années (certaines conditions locales réduisent parfois cette durée à 2000 ans seulement). L'époque continue aussi d'avoir des "galaxies-blocs de base", comme aux débuts de l'Univers et certaines, observées par le télescope Hubble sont réellement minuscules -100 ou 1000 fois plus petites que notre Galaxie! Beaucoup semblent distordues, ce qui est probablement un signe qu'elles sont en interaction les unes avec les autres. Le Spitzer Space Telescope qui a travaillé dans l'infra-rouge sur ces périodes montre aussi que la plupart des galaxies possèdent un trou noir galactique supermassif -et que donc les galaxies de type quasar seraient beaucoup plus nombreuses que prévu. Enfin, une autre découverte récente pourrait être que ces trous noirs supermassifs des débuts pourraient être, autant que les supernovas, des "fabricants" de poussière. L'ESO européen a découvert le plus puissant quasar, SDSS J1106+1939, qui a des jets d'une masse annuelle de 400 fois celle du Soleil et une vitesse de 8000 km/S (5000 miles/s). L'explication de pourquoi il existe aussi peu de grandes galaxies dans l'Univers est liée à l'ère des quasars et des jets qui en émanent. La régulation des plus grands trous noirs et de leur galaxie se déroule ainsi: dans certaines galaxies, du gaz haut peut se refroidir rapidement du fait qu'il irradie et qu'il perd de l'énergie, un processus dit, en anglais "precipitation". Les nuages de gaz froid qui en résultent tombent sur le trou noir central, ce qui produit des jets qui échauffent le gaz et donc empêche que le phénomène continue. Dans certaines galaxies, l'intense chaleur du centre interrompt probablement aussi le processus ou -le résultat étant identique- de fortes explosions de flux provenant des régions proches du tour noir galactique. Le gaz déplacé sous l'influence d'un trou noir, d'une façon générale, se refroidit

Les trous noirs supermassifs des galaxies se seraient formés d'abord en tant que trous noirs, dès 1 milliards d'années après le Big Bang, par fusion de grandes galaxies. On a découvert fin 2014 que les axes rotationnels des trous noirs supermassifs de trous noirs d'un ensemble de quasars qui forment d'énorme regroupements sont parallèles les uns aux autres sur des distances de millards d'année-lumière et les axes tendent à être parallèles aux structures du web de l'Univers, ce qui pourrait laisser penser à encore un ingrédient manquant des modèles actuels de l'Univers. Notre compréhension actuelle de l'histoire de la formation des étoiles au cours des 2 premiers milliards d'années se fonde essentiellement sur des galaxies observées dans l'ultraviolet. Cette population de galaxies cependant est connue pour sous-représenter les galaxies les plus massives lesquelles ont un riche contenu de poussière et/ou de populations vieilles d'étoiles. Ceci pose les questions de la véritable aboundance des galaxies massives et du taux de formation d'étoiles aux débuts de l'Univers. Bien que plusieurs galaxies massives invisibles dans l'ultraviolet ont récemment été confirmées à ces époques, le plupart sont des galaxies starburst extrêmes dont la formation d'étoiles excède 1000 masses solaires/an, ce qui laisse penser qu'elles ne représentent vraisemblablement pas la majorité de la population de galaxies massives. Cette population que les études n'ont pas trouvée contribue à la formation d'étoiles dans une proportion de 10 fois plus que les galaxies massives observées dans l'ultraviolet et elles résident dans les halos les plus massifs de matière noire et elles sont probablement à l'origine des galaxies actuelles les plus grandes qu'on peut trouvent dans les groupes et amas massifs. Les galaxies des débuts de l'Univers contiennent typiquement de l'hydrogène qui luit du fait de la radiation ultraviolette émises par des étoiles jeunes et chaudes

La période des proto-galaxies: entre 1,4 et 4,6 milliards d'années après le Big Bang

Un nuage de gaz originel, dépourvu de tout élément lourd, a été observé à 1,5 milliards d'années après le Big Bang. Les galaxies naines, entre 2 et 6 milliards d'années après le Big Bang, ont été responsables de la formation d'une grande partie des étoiles de l'Univers et à un rythme tel qu'elles pouvaient doubler leur masse en 150 millions d'années seulement. Les gigantesques galaxies qui existent il y a 12,5 milliards d'années sont obscurices dans des luminescences chaudes de poussière, ce qui explique qu'on ne puisse suivre les étapes de leur croissance dans l'Univers des débuts. Une galaxie naine contenant une réserve important de gaz peut ne pas produire d'étoiles dès lors qu'une spirale géante voisine peut lui voler ce gaz. Les fusions entre galaxies font que les étoiles nouvelles puisent dans le gaz des galaxies et que les supernovas et les trous noirs supermassifs éjectent du matériau, processus qui épuise les galaxies de la fusion. Ces galaxies "starburst" sont habituellement le résultat d'incidents inhabituels comme, par exemple, une fusion violente. Il y a une très forte proportion d'étoiles massives dans les galaxies starburst. Des collisions de galaxies jeunes à forte formation d'étoiles (des "starburst galaxies", en anglais) ont eu lieu dès 1,5 milliards d'années après le Big Bang et ces systèmes de galaxies ont formé le coeur des premiers amas de galaxies. On a observé un proto-superamas de galaxies dès 2,3 milliards d'années après le Big Bang (les superamas sont généralement moins éloignés dans le teps car l'Univers a eu besoin de temps pour construire de telles structures de grande taille; les proto-superamas, pour la même raison, ne montrent pas de régions de masse plus denses. 3 milliards d'années après le Big Bang, les galaxies continuent de fabriquer des étoiles sur leur périphérie mais plus près de leur centre. L'arrêt de la production d'étoiles a donc commencé au coeur des galaxies avant de s'étendre à la périphérie. La proportion d'hydrogène et d'hélium impliqué était alors très faible; de nos jours, la formation d'étoiles est beaucoup plus faible mais, par contre, le gaz disponible existe encore en si grandes quantités que l'Univers continuera de former des étoiles (et des planètes) pendant très longtemps. Depuis vers 2010, on a découvert une population de galaxies de petite taille mais massives qu'on appelle, en anglais, des "red nuggets" ("pépites rouges", littéralement); leurs trous noirs y ont éteint la formation d'étoiles et ont utilisé une partie du matériau stellaire non utilisé pour atteindre des tailles inhabituellement massives. Certains galaxies elliptiques compactes pourraient être les descendants des red nuggets et elles pourraient contenir beaucoup de matière noire concentrée en leur centre. Ces galaxies se trouvent à 2 ou 4 milliards d'années après le Big Bang et sont des reliques des premières galaxies massives qui se sont formées vers 1 milliards d'années après les débuts de l'Univers. On pense aussi qu'elles sont les ancêtres des actuelles elliptiques géantes. Les masses des red nudgets sont semblables à celles de ces dernières mais ne présentent qu'un cinquième de leur taille; la plupart de ces galaxies ont fini, sur des milliards d'années, par fusionner avec d'autres

->Les différentes variétés de "galaxies actives"
Les "galaxies actives" (en anglais, "AGN"), d'une manière générale, sont des galaxies qui émettent des radiations sur toute la gamme du spectre, des ondes radio aux rayons gamma, lesquelles proviennent de l'activité d'un trou noir supermassif qui absorbe du matériau passant trop près de lui. Les galaxies actives se présentent en différents formes, des galaxies (ainsi NGC 4639) jusqu'aux quasars où la galaxie-parente est presque complètement dominée par les émissions de l'AGN, soit un trou noir supermassif. Le "modèle AGN unifié est l'hypothèse que des structures en tores de gaz et de poussière en rotation se trouvent auour des trous noirs supermassifs actifs. Les AGN sont très brillantes parce que dans les régions autour du trou noir, les particules deviennent très chaudes et émettent des rayonnements dans tout le spectre électromagnétique -des ondes radio à basse énergie aux rayons x. Cependant, les noyaux les plus actifs sont entourés d'une région en forme de tore, de gaz épais et de poussière qui obscurcit les régions centrales pour certains angles de vue. On put trouver des AGN à peu de distance de nous, entre 38 et 170 millions d'années-lumière. Ce sont les "blazars" et les "galaxies radio" qui sont les plus connues des galaxies actives, ces galaxies qui émettent des rayons-gamma et qui possèdent des centres exceptionnellement brillants, signe que des particules y sont accélérées à des vitesses approchant celle de la lumière. Ces deux premiers types de galaxies actives furent décrits par l'astronome Carl Seyfert en 1943. Les astronomes pensent maintenant que ces deux types ne sont que les deux aspects -du fait d'un angle de vision différent- d'un même phénomène et que, de plus, d'autres variétés existent. Certaines, ainsi, produisent des émissions radio fortes et variables (la luminosité de la galaxie dans les ondes radio montre qu'elle contient des étoiles qui se forment dans des proportions importantes) ou des variations dans les émissions laissent penser que les faisceaux de particules passent de périodes d'activité à des périodes d'inactivité. Les galaxies actives dont dues au fait, qu'en leur centre, se trouve un trou noir qui attire de la matière et que celle-ci finit par être éjectée vers l'extérieur sous la forme de jets polaires rapides; les blazars sont des jets que l'on voit dans l'axe du faisceau de particules. Les blazars, d'une façon générale, sont des trous noirs supermassifs voraces dont les jets sont pointés directement en direction de la Terre, ce qui est rare. Les blazars font partie des objets les plus énergétiques de l'Univers, émettant dans les rayons gamma. Ils consistent en des trous noirs galactiques, qui se trouvent au coeur de galaxies géantes et qui attirent activement de la matière. Les électrons, protons et autres particules accélérées par les jets des blazars laissent une empreinte spécifique dans la lumière infrarouge qu'ils émettent; le même schéma est aussi nettement évident dans leurs rayons gamma, signe que les blazars convertissent la matière qui les entoure en de gigantesque quantité d'énergie. Toutes ces "galaxies actives" (en anglais "Active Galactic Nuclei", ou AGNs) sont des galaxies qui forment des étoiles à un rythme très important et ce à des distances variables dans le passé. Les galaxies, en général, qui produisent des étoiles de façon importante sont d'une couleur bleu; celle qui n'ont que peu d'activité sont de teinte rouge. Les "galaxies actives", elles, sont essentiellement massives et rouges, empruntant donc paradoxalement la couleur des galaxies peu actives, lorsqu'elles sont loin dans le passé (vers 7 milliards d'années-lumière). Quand elles sont plus proches (vers, par exemple, 600 millions d'années-lumière) leur couleur s'établit entre le bleu et le rouge. Les galaxies qu'on appelle 'red and dead' ("rouges et mortes") ont arrêté de produire des étoiles il y a 10 milliards d'années et cet arrêt a vraisemblablement eu lieu lorsqu'un telle galaxie a incorporté des galaxies voisines; de telles galaxies contiennent aussi des trous noirs galactiques, lesquels ont crû en même temps que la production importante d'étoiles. On trouve habituellement ces galaxies aux débuts de l'Univers et 1 galaxie sur 1000 galaxies massives sont de ce type. On pense maintenant que toute galaxie importante possède un trou noir super-massif mais que moins de 10% de ceux-ci sont encore actifs de nos jours. Les AGN représentent 20% de toute l'énergie rayonnée depuis les débuts de l'Univers et on pense également qu'elles ont eu une forte influence sur la façon dont les structures de l'Univers ont évolué. On classifie les AGN en deux types principaux qui sont fonction de la lumière émise, l'un étant plus brillant que l'autre; généralement, on pense que la luminosité d'une galaxie AGN dépend de deux facteurs (soit liés, soit indépendants): la luminosité a à voir soit avec le gaz et la poussière environnante soit avec le taux de "nourrissage" du trou noir supermassif. Certaines AGN changent de catétorie en l'espace de 10 ans mais certaines peuvent parcourir le cycle entier de la luminosité, lumineuses, faibles puis de nouveau lumineuses. On trouve aussi les AGN dans les galaxies naines
Les trous noirs massifs que l'on trouve au centre des AGN sont essentiellement créés par le biais des collisions entre galaxies. De telles collisions perturbent le gas des galaxies, lequel, en tombant vers le centre, enclence l'existence du trou noir. Les "noyaux galactiques actifs" -les AGN, "active galactic nuclei" en anglais- sont les objets les plus lumineux de l'Univers. Ils comprennent les quasars et les blazars. Lorsque le flux d'accrétion qui alimente un trou noir galactique est perturbé, une galaxie active voit sa luminosité se modifier en une dizaine d'années seulement; ces changements de luminosité permettent la classification des galaxies actives. Les épais nuages de poussière et de gaz qui entourent ces phénomènes bloquent la lumière dans l'ultra-violet, le visible et les rayons-X de faible énergie, ne laissant la possibilité de les étudier que par le biais des rayons-X à haute énergie. 1% seulement des trous noirs galactiques sont des AGN. On trouve des AGN aussi près qu'à moins de 650 millions d'années-lumière. A cette époque, cependant, une population de quasars plus faibles, résidant dans des galaxies plus normales, représente en fait le moyen le plus usuel -et le plus de long terme- de transformer des trous noirs galactiques en quasars
Dans une galaxie active, la matière qui tombe vers le trou noir supermassif central déclenche des émissions de haute énergie intenses. Les quasars et les blazars sont les deux types de galaxies actives et sont les objets les plus lumineux de l'Univers. Une galaxie "emission line" ("à ligne d'émission") est une galaxie qui subit une forte formation d'étoiles et sa population stellaire est constamment renouvelée. Du fait qu'il y existe des étoiles bleues, massives et lumineuses, ces galaxies sont voilée de bleu. Les propriétés différentes des galaxies actives sont dues à comment la galaxie est orientée par rapport à l'observateur. Les plus lumineuses sont vues de face mais, plus l'angle s'accroît, l'anneau de gaz et de poussière qui entoure le trou noir absorbe de grandes quantités des émissions. Ces galaxies à émission absorbée représente au moins 1/5ème de toutes les galaxies actives. L'énergie d'une galaxie active vient probablement de deux sources. D'abord, elle peut venir d'un anneau d'étoiles en formation qui entoure le coeur de la galaxie. Les perturbations gravitationnelles peuvent faire que le matériau autour du coeur commence à s'effondrer, amenant une formation accélérée d'étoiles. L'autre source peut être un noyau galactique actif, constitué du trou noir supermassif de la galaxie. Celui-ci est entouré d'un disque de matière, laquelle tombe lentement vers le trou noir. Le disque comporte une grande quantité de gaz et de poussière et le matériau le plus proche du trou noir est extrêmement chaud. A une période entre 2 et 4 milliards d'années après le Big Bang, lorsque les galaxies formaient habituellement des étoiles à un rythme dix fois plus important que de nos jours, les AGN possédant les trous noirs les plus puissants et les plus actifs en leur coeur produisaient moins d'étoiles que celles possédant des trous noirs moins actifs. Aussi on peut penser que la formation des étoiles et la croissance des trous noirs s'accroissent de conserve jusqu'à un certain point puis que les trous noirs les plus actifs finissent par interrompre la formation des étoiles. Le fait que le trou noir attire du gaz vers lui fait que du carburant est disponible pour la formation d'étoiles dans un premier temps mais lorsque sa température finit par s'élever, ses radiations dispersent les réservoirs galactiques de gaz On trouve des galaxies actives proches de la Terre, comme, par exemple, à 14 millions d'années-lumière

-> Plus de détails sur le blazars
Les blazars sont les galaxies actives les plus énergétiques et elles émettent leur lumière sur tout le spectre électro-magnétique, des ondes radio aux rayons gamma. On pense que les blazars semblent très brillants car ils seraient penchés dans notre direction, amenant l'un de leurs jets presque dans notre ligne de vue. Pour qu'une galaxie active puisse être considérée comme un blazar, elle doit montrer soit des changements rapides (quelques jours) en lumière visible, une forte polarisation optique ou une forte brillance dans les ondes radio avec spectre plat (qui ne montre que de faibles changements de luminosité dans les fréquences voisines). Deux modèles de blazars existent: les "flat-spectrum radio quasars" ou FSRQ ("quasars à spectre radio plat") présentent une forte émission de leur disque d'accrétion, des luminosités beaucoup plus élevées, des trous noirs à masse plus faible et une accélération des particules plus faibles dans les jets. Les "BL Lac", eux, sont totalement dominés par l'émission des jets, ceux-ci atteignant une énergie beaucoup plus fort et l'émission du disque d'accrétion soit faible soit absente

-> Une nouvelle variété de quasars?
Le télescope spatial de la NASA dans l'infrarouge, le Spitzer Telescope a récemment permis -la découverte a été rendue publique en mars 2005- de découvrir ce qui pourrait être une nouvelle variété de quasars, à une distance d'approximativement 11 milliards d'années-lumière. Elles brillent comme 10 milliards de milliards de Soleils. Ces quasars sont ensevelis au centre de galaxies très poussiéreuses. Des galaxies comparables en poussière -mais pas en luminosité- pourraient exister beaucoup plus près de la Terre

Vient ensuite ce qu'on pourrait appeler la période des proto-galaxies. Il s'agit de l'époque où ont eu lieu, dans des galaxies massives et brillantes, les épisodes les plus intenses de formation d'étoiles il y a 12 milliards d'années, lorque l'Univers n'avait que 2 milliards d'années. Les "bulles Lyman-alpha" (en anglais "Lyman-alpha Blobs" ou LAB) sont de gigantesque nuages d'hydrogène qui peuvent atteindre des centaines de milliers d'années-lumière et qui se trouvent à de très grandes distances; ils présentent la longueur d'onde caractéristique de l'ultraviolet ou radiation Lyman-alpha. Ce type de radiation est produit lorsque les électrons de l'atome d'hydrogène passent au niveau d'énergie le plus bas depuis le niveau précédent. Les LAB se trouvent dans les nuages primordiaux de gaz qui entourent les galaxies jeunes et certains de ces LAB pourraient être là où se forment des galaxies elliptiques massives, lesquelles deviendront ensuite le centre d'un amas géant de galaxies. Ces vastes réservoirs fins et chauds d'hydrogène atomique qui émettent dans la ligne Lyman-alpha existent dans l'Univers primitif et sont encore visibles -mais pas à l'oeil nu- dans le ciel d'aujourd'hui. Ces cocons de gaz qui enveloppent les premières galaxies et ces cocons sont nourris par les flux venant du milieu intergalactique et, de l'intérieur, par les vents galactiques. On ignore encore pourquoi ils émettent des Lyman-alpha. Les proto-galaxies sont des objets compacts, qui forment des étoiles au rythme le plus important de toute l'histoire de l'Univers et elles se sont accrues en tailles en formant de petits assemblages d'étoiles très chaudes. Ces galaxies se groupent en amas -ou plutôt en "proto-amas"- de galaxies. Les amas de galaxies sont les plus grands objets de l'Univers structurés par la gravité et ils doivent nécessiter plusieurs milliards d'années pour se former. Les amas de galaxies sont d'énormes rassemblements de centaines voire de milliers de galaxies et d'immenses réservoirs de gaz chaud enchâssés dans des nuages massif de matière noire. Dans un amas de galaxies, la masse du gaz chaud qui y est contenu est six fois plus importante que celle de toutes les galaxies de l'amas (il brille dans les rayons X). D'impressionnantes fontaines de gaz existent au centre des amas de galaxies et ces vastes quantités de gaz tombent vers un trou noir supermassif, où une combinaison de forces gravitationnelles et électromagnétiques pulvérise la majeure partie du gaz hors du trou noir dans un cycle qui dure des dizaines de millions d’années. Des halos radio, vastes sources d'émissions radio diffuses, se trouvent habituellement autour du centre des amas de galaxies; on pensent qu'ils se forment lors de la collision entre amas lesquelles accélèrent des particules en mouvement à des vitesses encore supérieures. Les amas de galaxies croissent par le biais de collisions entre amas. Un front froid galactique se forme lors de la collision entre deux amas de galaxies: le gaz du coeur oscille comme un liquide dans un verre; le front froid s'éloigne en spirale du coeur et il peut être protéger par des champs magnétiques qui l'entourent. Les champs magnétiques jouent un rôle important dans la "fabrication" des galaxies spirales; les champs sont aussi compressés par les forces gravitationnelles. Les fusions entre amas devraient avoir été plus communs que de nos jours lors des débuts de l'Univers. Le plus lointain amas de galaxies, CLG J02182-05102, se trouve à une distance de 9,6 milliards d'années-lumière, contenant des galaxies surtout anciennes, rouges et massives. Le plus ancien proto-amas de galaxies, cependant, qui s'est ensuite vraisemblablement développé en un amas à part entière, se trouve à 12,6 milliards d'années-lumière. Il est affecté, dans une galaxie centrale, d'une forte formation d'étoiles et d'un trou noir supermassif énorme, de 30 millions de masses solaires, les deux formant vraisemblablement la base sur quoi l'amas croîtra, une galaxie centrale dominant les autres galaxies. Un amas encore plus lointain, à 600 millions d'années après le Big Bang (ou à 13,1 milliards d'années-lumière) soit durant l'époque de la ré-ionisation (une telle observation montre que la formation des amas se situe bien dans le cadre du concept de construction progressive des galaxies via l'assemblage d'objets de petite taille par le biais d'un processus régulier de collision et d'accrétion; les 5 galaxies les plus brillantes de cet amas ont une taille équivalente à la moitié ou à 1/10ème notre Galaxie mais elles lui sont comparables en luminosité. Les galaxies sont lumineuses et massives car elles sont alimentées, via les collisions, par de grandes quantités de gaz. Des poches de gaz qui se condense (qu'on appelle, en anglais, des "beads on a string" -littéralement "perles en collier") et qui forme de nouvelles étoiles sont le signe que la collision a eu lieu entre des galaxies riches en gaz (ce que les astronomes appellent des "wet mergers", littéralement des "fusions humides", "humide" faisant référence au gaz); par opposition les "dry mergers" ("fusions à sec") désignent les fusions entre galaxies qui ne possèdent que peu de gaz et donc ne produisent pas de nouvelles étoiles. Il semble que ces amas primitifs se trouvent dans de profonds puits de matière noire, laquelle constitue leur échafaudage gravitationnel sous-jacent). A l'époque qui nous concerne, les amas de galaxies, d'une façon générale, sont des objets rares, peu nombreux au milieu de galaxies isolées. Les amas de galaxies sont des groupes qui contiennent jusqu'à des milliers de galaxies, liées gravitationnellement entre elles. Les amas sont nés des irrégularités originelles de l'Univers quantique et celles-ci se sont, du fait de l'époque de l'inflation, développées rapidement. Ils se pourraient que les amas de galaxies qui se sont formés tôt sont de grande tailles, même si peu ont eu alors le temps de se former à ces époques. Ces "galaxies-enfants", énergétiques, s'y regroupent autour une "pré-galaxie" radio massive, qui émet, à partir de son trou noir supermassif, de grands jets de matière. Notre propre Galaxie est apparue à cette période, il y a 10 milliards d'années. Au cours de cette période, les galaxies infrarouges de l'époque précédente ont mûri et, bien qu'elles ne produisent plus d'étoiles, elles représentent encore jusqu'aux deux-tiers des étoiles de l'époque. Un des mystères de ces galaxies infrarouges est qu'elles ne se sont pas développées par fusion, mais comme si elles avaient eu beaucoup de temps pour former des étoiles. Un millier de galaxies extrêmes, dites "dust-obscured galaxies" ("galaxies obscurcies par leur poussière" ou DOG), ont été découvertes, au début des années 2010, à la suite du recensement du ciel par la mission WISE de la NASA dans l'infrarouge. Ces galaxies extrêmes peuvent avoir une luminosité propre 100 mille milliards de fois plus importante que celle du Soleil. Elles sont cependant si poussiéreuses qu'elles n'avaient pas été observées jusqu'alors. Ces galaxies record, par ailleurs, pourraient avoir formé leur trou noir supermassif avant de former l'essentiel de leurs étoiles, par ailleurs et elles pourraient aussi représenter une nouvelle phase dans l'histoire des galaxies car elles sont deux plus chaudes que les autres galaxies infrarouges; leur poussière est chauffée à l'extrême par des bouffées excessivement puissantes de leur trou noir. Les quasars continuent d'être actifs et c'est même à cette époque qu'ils sont le plus nombreux (vers 3 millions d'années après le Big Bang). Cela pourrait signifier que les galaxies ont connu, du fait de collisions fréquentes, plusieurs phases quasar. D'un autre côté, on pense que les premières galaxies ont été détruites, en moins de 2 milliards d'années, par le souffle des explosions en supernovas de leurs étoiles de première génération. Il est possible que les premiers amas de galaxies aient commencé à se former dès 3 milliards d'années après le Big Bang, atteignant leur maturité 2 milliards d'années plus tard. Leurs galaxies, à cette époque, sont elliptiques; elles contiennent des étoiles rouges et elles sont déjè vieilles de plusieurs milliards d'années. Il est évident que la vie des galaxies est essentiellement définie par les interactions qui ont lieu entre elles -dans les amas- et par les interactions qui ont lieu entre elles et le gaz des amas. Les deux causes déclenchent les processus de formation des étoiles. Les galaxies, dans les amas denses, interagissent fortement avec l'environnement et les autres galaxies, ce qui peut éteindre la formation d'étoiles. La gravité dans un amas accélérant les galaxies, la conséquence en est le fort échauffement du plasma qui se trouvent entre elles. Il est aussi possible que des galaxies dites "starburst galaxies" ("galaxies avec poussées d'étoiles") produisent des étoiles à un taux très important au cours de cette période (4000 par an en des épisodes courts mais intenses, contre 10 pour notre Galaxie). Ces galaxies starburst, massives et ultralumineuses qui brillent dans l'infrarouge se trouvent à plus de 8 milliards d'années et il n'en existe que quelques dizaines. On les trouve dans des régions inhabituellement denses de l'espace qui, pour une quelconque raison, ont déclenché la formation rapide d'étoiles (de fait, les fusions majeures entre galaxies ont lieu à une époque postérieure). Une explication aux galaxies starburst pourrait être que du gaz ait "plu" sur les galaxies ou qu'elles aient été alimentées par quelque canal ou conduit. Ces galaxies pourraient être les cousins lointains et plus brillants des "ultra-luminous infrared galaxies" ("galaxies infrarouges ultralumineuses", ULIRGS) lesquelles sont des galaxies starburst lourdes, entourées d'un cocon de poussière qui se voient dans l'Univers proche. Les galaxies starburst peuvent aussi être dues aux interactions qui existent au sein de leur groupe galactique, qui mènent à une compression des gaz. Des galaxies massives qui résultent d'un fort taux de formation d'étoiles (qu'on appelle, alors, un "maximum starburst" en anglais) ont été observées dès il y a 880 millions d'années, une époque plus traditionnellement considérée comme celle de la fusion de galaxies de petites tailles. Une galaxie "starburst" est une galaxie au sein de laquelle un nombre inhabituellement élevé d'étoiles se forment au sein de nuages de gaz dont la température est intense; une telle galaxie présente aussi de grandes quantités de poussière, qui résultent, justement, de cette formation intense d'étoiles. Les conditions pour produire des étoiles à un rythme élevé peuvent résulter de divers éléments: par exemple un passage de la galaxie à proximité d'une autre, une collision entre galaxie ou d'un événement quelconque qui apporte beaucoup de gaz dans un espace relativement restreint. Les régions starburst sont riches en gaz et les étoiles jeunes de ces environnements extrêmes y vivent souvent rapidement et disparaissent vite. Elles émettent aussi dénormes quantités de rayonnement ultraviolet intense, qui détachent les électrons de tout atome dhydrogène se trouvant à proximité -un processus appelé ionisation- laissant souvent derrière eux des nuages colorés dhydrogène ionisé, des régions HII. Dans une starburst galaxy, de denses ondes de choc sont alimentées par des vents galactiques qui trouvent leur origine dans les régions de formation d'étoiles au sein de la galaxie. Ces vents poussent le matériau vers l'extérieur avec de telles turbulences que des parties de ce dernier peuvent être re-capturées par la gravité de la galaxie et se rassemblent dans d'énormes réservoirs turbulents de gaz froid, à basse température, qui s'étendent jusqu'à plus de 30000 années-lumière de la galaxie, par exemple. Ces réservoirs sont constitués de molécules froides d'hydride de carbone (CH+). L'hydride de carbone nécessite beaucoup d'énergie pour se former et a une durée de vie très courte car il est très réactif; il ne se forme que dans des zones de petite taille, là où le mouvement turbulent du gaz se dissipe. En générant de la turbulence dans les réservoirs, les vents galactiques étendent la durée de la phase starburst de la galaxie au lieu de la supprimer. Il faut également des fusions de galaxies pour maintenir le volume des réservoirs de gaz. Une façon dont on examine la nature et structure de ces galaxies consiste à observer le comportement de leur poussière et gaz, en particulier l'émission "Lyman-alpha", laquelle consiste en le fait que, dans un atome d'hydrogène, les électrons passent d'un niveau d'énergie à un niveau plus bas (et il émet de la lumière ce faisant). M81, par exemple, est une telle galaxie car elle est entrée en collision avec M82 il y a quelques centaines de millions d'années et cette rencontre à engendré des zones de formation accélérée d'étoiles. M81 est l'objet le plus brillant du ciel dans l'infrarouge. Les plus faibles des galaxies starburst sont des naines compactes bleues. Les galaxies starburst ont contribué significativement, il y a 10 milliards d'années, à la formation des étoiles. Une théorie majoritaire sur comment elles se sont formées est que chacune résulte d'une collision entre deux jeunes galaxies, laquelle a déclenché une phase intense et courte de formation d'étoiles. Une autre théorie pense que, lorsque l'Univers était jeune, chaque galaxie avait beaucoup plus de gaz disponible, permettant un taux élevé de formation d'étoiles. Il est possible que la croissance d'un trou noir supermassif et de fortes formations d'étoiles puissent précéder la croissance du renflement central des galaxies -ce qui diffèrent de ce que l'on voit dans l'Univers relativement proche où la croissance du renflement et celle du trou noir galactique marchent de pair. Les plus forts pics de formation d'é des débuts de l'Univers ont eu lieu dans des galaxies qui contenaient beaucoup de poussière cosmique. En 2013, des images de l'ALMA, radio-télescope de l'ESO, ont permis de montrer que ces galaxies étaient, en fait, plus petites que prévu et créaient des étoiles à des taux plus raisonnables. Une "galaxie starbust Wolf-Rayet" contient un grand nombre d'étoiles nouvelles qui sont du type Wolf-Rayet, des étoiles extrêmement chaudes et brillantes qui, au début de leur vie, on une masse des dizaines de fois celle du Soleil puis la perdent rapidement du fait de leurs forts vents solaires

Vers deux milliards d'années après le Big Bang, une étape importante de la croissance des galaxies et des trous noirs supermassifs est que les deux commencent de repousser le gaz qui, jusque là, tombait vers le centre de la Galaxie et avait contribué à les former. Les trous noirs, ainsi, de plus, dissipent la chaleur que la formation générait. Et le gaz qui est repoussé allume l'hydrogène qui continue d'être groupé en une bulle autour de la galaxie. Ce gaz devient essentiellement l'hydrogène que l'on trouve entre les galaxies au sein des amas. L'époque de la ré-ionisation par ailleurs, la lumière ultraviolette des quasars au centre des galaxies actives ionisant l'hélium intergalactique, a sans doute affaibli la création de nouvelles galaxies pendant 400 millions d'années, entre il y a 11,7 et 11,3 milliards d'années; les galaxies existantes entrant en collision, d'autre part, ont amené une plus grande création de trous noirs en leur centre. Lorsque l'Univers est âgé d'entre 3 à 4 milliards d'années, de grandes galaxies en forme elliptiques, rougeâtres, constituées d'étoiles anciennes, sont nombreuses. On s'est demandé si ces galaxies se sont constituées par acquisition de plus petites galaxies ou si elles se sont formées rapidement par de colossales collisions entre galaxies de grande taille. Le second scénario est celui qu'il faut retenir

Lorsque les galaxies et les trous noirs, au cours de la période, se forment à un taux important, les trous noirs peuvent exploser en des explosions puissantes. L'interaction entre les moins énergétiques des rayons-X producteurs d'électrons générés par l'explosion et les photons constitutifs de la radiation de fond du Big Bang amène à l'apparition de structures cosmiques faibles autour des galaxies (en anglais, on parle de "fantômes"). Ces structures peuvent durer des milliards d'années et mesurer jusqu'à 2,2 millions d'années-lumière. On les trouve aussi autour des galaxies qui émettent des émissions radio sur de grandes échelles, lesquelles sont vraisemblablement la preuve que ces galaxies connaissent des éruptions continues

Les galaxies de cette époque sont de petite taille, comparé aux galaxies d'aujourd'hui. Par contre, elles sont massives et compactes, pour 30 à 40% d'entre elles. Du fait d'une telle gravité, les étoiles, au sein de ces galaxies, s'y déplacent vite (vers 1,6 millions de km/h, soit deux fois la vitesse de déplacement des étoiles dans notre Galaxie). Cette petite taille, associée à cette forte gravité pose problème car, lorsque ces galaxies fusionnent, par la suite, avec d'autres, les galaxies qui en résultent ont bien une taille supérieure mais la masse reste la même. Elles deviennent donc moins denses. Le mécanisme qui peut expliquer cette contradiction reste inconnu

-> La fusion entre galaxies est un acteur évident de l'histoire des débuts de l'Univers, il y a 10 à 12 milliards d'années. Des cavernes et des nuages de gaz ainsi que des arcs de débris gravitationnels sont habituellement le signe de tels évènements de fusion et le résultat de la fusion de deux spirales est une galaxie elliptique (les jeunes elliptiques -de l'ordre de 4 milliards d'années- peuvent montrer une structure en disque brillant au sein de la forme elliptique). Les collisions de galaxies amènent beaucoup de gaz vers le centre de l'évènement, déclenchant à la fois un fort épisode de formation d'étoiles (1 étoile est créée chaque jour, soit 100 fois plus que le rythme actuel dans notre Galaxie) et la fusion des trous noirs des galaxies qui entrent en collision (contribuant ainsi à l'augmentation du nombre de ceux-ci dans l'Univers). L'afflux continuel de gaz continue de contribuer à encore plus d'énergie dans la collision et, finalement, cela mène à la création d'un quasar. Cela, d'ailleurs, est cohérent avec l'observation que l'on fait, à l'époque actuelle, de la relation entre la masse totale des étoiles des renflements centraux des galaxies et la masse des trous noirs galactiques. Les quasars ainsi formés, ensuite, nettoient le centre de l'évènement fusionnel du gaz qui y tombe, par le biais de leurs "super-vents" galactiques, lesquels repoussent le gaz jusqu'à des dizaines de milliers d'années-lumière. Une fusion entre deux galaxies de tailles très différentes est dite "minor merger", en anglais ("fusion mineure"): la galaxie la plus grande n'est pas gravitationnellement perturbée. La moitié de la matière de la Galaxie -et des autres grandes galaxies- pourrait venir d'autres galaxies via un processus dit "transfert intergalactique". Le transfert intergalactique consiste en ce que les explosions supernova dans une galaxie éjectent de grandes quantités de gaz, faisant que des atomes sont transportés d'une galaxie à l'autre par les puissants vents galactiques. Un tel transfert se produit sur plusieurs milliards d'années image NASA/CXC/IoA/D.Alexander et al.

->Trous noirs et galaxies-hôtes
Une étude de 2006 a montré que l'interaction entre une galaxie et son trou noir a comme conséquence que, lorsque le trou noir atteint une taille critique par rapport à la galaxie-hôte, le développement du trou noir s'arrête ainsi que la formation des étoiles qui s'y déroulait. Cela est dû, à l'évidence, qu'un trou noir important est un environnement défavorable à la naissance d'étoiles, soit que les jets puissants du trou noir "soufflent" au loin le gaz et la matière dont les étoiles se forment, soit que le gaz de la galaxie qui est attiré et en mouvement vers le trou noir et donc chauffé, étant ainsi inapproprié à la formation d'étoiles

->Le Grand Nuage de Magellan
Le Grand et le Petit Nuage de Magellan sont des galaxies-satellites de la nôtre. Pour ce qui est du Grand Nuage de Magellan, on pense qu'il y a 6 milliards d'années, peu de temps avant que notre système solaire ne se forme, il fut fortement perturbé par une "close encounter" -un passage gravitationnel très proche- avec la Galaxie. Le chaos qui en résulta déclencha des épisodes très massifs de formation détoiles, semblable à ce qui peut se voir dans des galaxies plus anciennes, encore plus lointaines dans le temps

->Des galaxies ultra-denses à cette période de l'Univers
Des galaxies des origines, de fort poids, ont été repérées à une distance vers 11 milliards d'années. Alors qu'elles n'ont qu'une taille de 5000 années-lumiàre, elles ont une masse de 200 milliards de masses solaires -soit l'équivalent d'une galaxie spirale d'aujourd'hui. Ces galaxies ultra-denses pourraient bien être dues à l'influence de la matiàre noire sur leur formation. Elles pourraient représenter la moitié des galaxies de cette masse à cette époque de l'Univers et donc représenter une forme de type standard pour l'époque, les autres galaxies étant plus massives. Les galaxies elliptiques compactes sont des galaxies dont la formation d'étoiles s'est terminée alors que l'Univers n'avait que 3 milliards d'années. Après un rapide -40 millions d'années- épisode, elles ont finalement fusionné avec de plus petites galaxies pour former des elliptiques géantes. La densité d'étoiles dans ces galaxies était de 10 à 100 fois plus importante que dans les elliptiques actuelles. Il se pourrait que les géniteurs de ces galaxies compactes aient été les galaxies poussiéreuses, "submillimétriques" de l'époque

On pense que les renflements centraux jouent un rôle-clé dans l'évolution des galaxies et influencent la croissance des trous noirs galactiques. La majorité des renflements galactiques peuvent être des structures complexes et composites avec un mélange de formes sphériques, en disque ou en boîte. Dans certaines galaxies naines, le trou noir galactique ne se trouve pas au centre et il se déplace, ce qui laisse penser que des fusions entre galaxies l'ont évincé du centre; de tels évènements, d'une façon générale, pourraient participer à la théorie de comment les trous noirs se forment. A cette époque, le taux de formation des étoiles dans les galaxies jeunes est étroitement corrélé à leur masse totale d'étoiles. C'était alors, il y a 10 milliards d'années, l'"Age d'or" de la formation des galaxies. La masse stellaire des galaxies, dans cet Univers à fort redshift, est le meilleur élément pour prédire leur taux de formation d'étoiles et les galaxies à forte masse sont alors la norme. Dans le même temps, on constate un contenu en gaz des galaxies en augmentation rapide. Des étoiles âgées, massives, vieilles d'aux alentours de 10 milliards d'années ont été récemment "ré-injectées" avec des quantités importantes de gas qui ont déclenché une formation très importante d'étoiles sur tout leur pourtour. L'origine de ce processus reste encore inconnu. Des amas de galaxies observés à 10 milliards d'années après le Big Bang, ont leurs galaxies produire des étoiles à un taux important lorsqu'elles se trouvent près du centre de l'amas et peu quand elles sont près des bords (ce qui est le contraire des mécanismes actuels, où les coeurs des amas sont des cimetières galactiques). Ces galaxies, qui, par ailleurs, sont de grande taille, pourraient bien représenter le lien entre les AGN et les galaxies beaucoup plus calmes d'aujourd'hui. 70 galaxies jeunes, massives, qui se trouvent dans la constellation de la Grande Ourse sont les galaxies les plus extrêmes, au pic de leur activité, il y a 11 milliards d'années, avec un taux de formation d'étoiles étonnant. Les galaxies de ces époques sont habituellement emplies de turbulences du fait qu'elles attirent de vastes nuages de gaz externes à la galaxie; lorsque ces nuages entrent dans la galaxie, ils se retrouvent sur des orbites formées au hasard, lesquelles causent les turbulences, lesquelles, à leur tour, peuvent jouer dans la formation d'étoiles. La célèbre galaxie du Sombrero est une elliptique qui contient un disque et est ainsi la première galaxie connue à montrer les caractéristiques des deux principaux types de galaxies, les elliptiques et les spirales. Des observations en 2012 ont montré que la galaxie du Sombrero n'est pas seulement une galaxie en disque comme on le croyait mais, en fait, une galaxie elliptique qui contient un disque aplati. Dans le visible elle semblait immergée dans un halo brillant dont on pensait qu'il était relativement lumineux, et petit. Le télescope Spitzer dans l'infrarouge a observé des étoiles anciennes dans le halo et a donc montré que celui-ci n'était rien d'autre qu'une elliptique géante. Un des scénarios expliquant comment la galaxie du Sombrero s'est formée est qu'une elliptique géante a été envahie par une grande masse de gaz il y a 9 milliards d'années. En effet, à cette époque de l'Univers, de vastes réseaux de nuages de gaz étaient chose courante et on pense qu'ils venaient alimenter la croissance des galaxies, les amenant à accroître leur taille. Le gaz, dans ce cas, a fini par s'aplatir en le disque plat qu'on observe. Ces elliptiques avec disque -un autre exemple est la galaxie Centaurus A- pourraient représenter différentes étapes de l'évolution, la Centaurus A étant une étape antérieure à celle de la galaxie du Sombrero. Cela explique aussi pourquoi de telles galaxies ont le nombre élevé d'amas globulaires qui caractérise les galaxies elliptiques. Fin 2012, une nouvelle classe de galaxies a été découverte: les "galaxies vertes" (en anglais "green bean galaxies", "galaxies haricot vert", littéralement). Leur trou noir supermassif fait briller toute la galaxie dans une lumière vert brillant (du fait de l'oxygène ionisé). Ce sont des objets très rares (aux alentours de 16 pour tout l'Univers). Elles sont plus grandes que les "galaxies pois vert" (en anglais "green pea galaxies"), des galaxies petites, lumineuses, qui connaissent une intense formation d'étoiles. Le trou noir des galaxies green bean est beaucoup moins active qu'on ne pourrait espérer relativement à la taille et à la brillance de la galaxie. Cela pourrait signifier que la brillance ne serait qu'un écho de l'époque où le trou noir supermassif était beaucoup plus actif et qu'il est en train de faiblir progressivement. Les galaxies green bean sont vraisemblablement une phase très fugace de la vie des galaxies et seraient ainsi un écho lumineux, une phase d'extinction des trous noirs primitifs

Pendant le pic de la formation des galaxies, il y a 10 milliards d'années, les galaxies étaient dominées par la matière baryonique -la matière "normale"- contraste saisissant avec maintenant où les effets de matière noire semblent être beaucoup plus grands. La matière noire a été moins influente aux débuts de l'Univers alors qu'aujourd'hui, la matière normale, généralement, représente environ la moitié de la masse totale de toutes les galaxies en moyenne. Cette explication est conforme aux observations montrant que les premières galaxies étaient beaucoup plus compactes et riches en gaz que les galaxies d'aujourd'hui ainsi qu'avec une baisse de la vitesse de rotation au fur et à mesure qu'on s'éloigne des centres galactiques. La cohérence concerne aussi le fait que ces anciennes galaxies s'étaient déjà efficacement concentrées en disques plats en rotation, alors que les halos de matière noire qui les environnaient étaient encore très grands et très vastes

Les galaxies actuelles: à partir de 4,5 milliards d'années après le Big Bang

->La vue de l'univers des galaxies renouvelée
On a récemment découvert, fin 2014, qu'il existait un surplus de lumière infrarouge qui emplit les espaces laissés entre les galaxies et cette lueur cosmique diffuse est aussi brillante que la lumière de toutes les galaxies connues. On pense qu'elle est due aux étoiles qui ont été dissociées de leurs galaxies d'origine. Cette découverte pourrait amener à redéfinir les galaxies: ce ne seraient plus des amas bien délimités d'étoiles mais chaque galaxie verrait ainsi des étoiles s'étendre à de grandes distances et finalement la reconnecter aux autres, formant ainsi un immense océan interconnecté d'étoiles

->Les trous noirs supermassifs galactiques sont le résultat de fusions!
Il semble que l'on sache, maintenant, que les trous noirs supermassifs galactiques que l'on rencontre au centre de la plupart des galaxies ne se développent pas par eux-mêmes ni qu'ils apparaissent soudainement. Ils sont, en fait, le résultat des fusions de galaxies. Comme les galaxies subissent plusieurs collisions au cours de leur vie, les trous noirs des galaxies concernées fusionnent aussi, amenant l'apparition des trous noirs supermassifs. Lorsqu'il y a collision-fusion de galaxies, l'évènement produit tellement de poussière qu'il faut d'entre des centaines de millions à 1 milliards d'années après la fusion pour que les astronomes soient capables de revoir le centre de la galaxie qui résulte de la fusion. Même les trous noirs super-massifs fusionnent et donnent naissance à un seul trou noir d'une immense taille. La fusion de trous noirs galactiques et plus forte dans des galaxies riches en gaz, par lequel les trous noirs sont obscurcis

Puis, on aboutit à ce qu'on pourrait appeler le début de l'histoire "habituelle" des galaxies. Les galaxies irrégulières sont alors en plus grand nombre qu'aujourd'hui (aujourd'hui, elles représentent 1/4 de toutes les galaxies; elles n'ont pas toujours été des irrégulières -elles ont pu avoir appartenu à l'une des classes habituelles de la séquence de Hubble- et certaines résultent d'évènements collisionnels; il existe deux types de galaxies irrégulières: les irrégulières de type I sont habituellement des galaxies isolées d'apparence singulière, qui contiennent une grande proportion d'étoiles jeunes ainsi que des nébuleuses; les irrégulièes de type II comprennent les galaxies en interaction ou en déstructuration liées à des collisions, fusions ou autres interactions entre deux galaxies ou plus). Les "galaxies ultra-diffuses" (en anglais "ultra-diffuse galaxies") soit des galaxies dépourvues d'étoiles voire de trou noir galactique central et semblent transparentes. Ce type de galaxies semble être étonnamment commun. D'une façon générale, les galaxies semblent être beaucoup plus nombreuses qu'aujourd'hui -entre 3 et 10 fois plus. Dans la plupart des galaxies spirales, la partie intérieure se forme la première -et contient donc les plus anciennes étoiles; puis, avec la croissance de la galaxies, ce sont les régions extérieures, plus jeunes, qui fabriquent les étoiles les plus récentes. Près de 20% de la matière des galaxies se trouve dans leur halo. Un halo galactique contient de la matière noire et de la matière ordinaire (cette dernière principalement sous la forme de gaz ionisé chaud). Les halos contribuent à la formation d'étoiles en tombant en direction du centre des galaxies alors que d'autre processus -ainsi les explosions supernova- peuvent éjecter du matériaux dans le halo. Ces processus d'éjection peuvent faire s'éteindre la formation des étoiles. Les galaxies satellites de petite taille participent aussi au flux de matériau vers une galaxie. Les galaxies ont connu un changement important dans leur nombre d'étoiles au cours des dix derniers milliards d'années, étant multiplié par 10; l'essentiel de la formation d'étoiles s'est produit au cours des premiers 5 milliards d'années d'existence des galaxies -et le pic de formation des étoiles a eu lieu il y a 10 milliards d'années. Les galaxies se sont formées au long des filaments de gaz du "web Univers", cette conception actuelle qui voit l'Univers comme un réseau de filaments. Des vides existaient -et existent encore- dans ces filaments; dans notre voisinage, le "Local Void" ("vide local") est une région faiblement peuplée en galaxies. Le Local Void mesure 150 millions d'années-lumière et les galaxies n'y ont pas fait -et ne font pas- montre de beaucoup de formation d'étoiles; mais elles peuvent, par la suite, être gravitationnellement attirées vers des régions plus peuplées où la formation d'étoiles se déclenche du fait que du gaz tombe sur les galaxies, ou qu'elles rencontrent un filament de gaz dense. La formation d'étoiles, par ailleurs, peut se ralentir lorsqu'une galaxie devient le satellite d'une galaxie beaucoup plus grande. Quand les galaxies ralentissent leur formation d'étoiles, leur croissance via des fusions ou des accrétions se ralentit également. La distribution verticale des étoiles par rapport au plan d'une galaxie laisse penser que la chaleur provenant du disque joue un rôle important dans la production d'étoiles dans les emplacements éloignés du plan galactique. Les galaxies deviennent alors matures et elles se répartissent en les catégories actuelles: les galaxies spirales, les galaxies elliptiques, les galaxies irrégulières. Les couronnes galactiques sont des régions de gaz chaud de taille énormes, invisibles qui entoure une galaxie dans une forme sphéroïde. Les elliptiques ont des couleurs jaune-blanc, les spirales bleuâtres. Les galaxies naines irrégulières sont en fait l'un des types de galaxie les plus communs de l'Univers; une apparence diffuse et désorganisée est caractéristique des irrégulières; elles manquent d'une structure ou d'une forme claires et ont souvent un aspect chaotique: ni renflement central, ni bras spiraux. On suspecte certaines naines irrégulières d'avoir été des spirales ou des elliptiques qui ont été déformées par l'influence gravitationnelle d'objets proches ou par fusion avec d'autres galaxies; on pensent que les galaxies irrégulières sont semblables aux premières galaxies qui se sont formées dans l'Univers. Seulement très peu de leur gaz d'origine s'est transformé en étoiles. On pensait que les galaxies spirales s'étaient stabilisées dans leurs formes actuelles dès il y a 8 milliards d'années et que peu d'évolution s'était produite depuis. Les galaxies les plus grandes observées sont NGC 262, avec un diamètre de 1,3 millions d'années-lumière, suivi de NGC 6872 (500 000 années-lumière). L'hydrogène libre est le matériau de base pour que des étoiles se forment dans une galaxie. Les galaxies riches en poussière sont habituellement des spirales ou des irrégulières alors que celles pauvres en poussière sont habituellement des elliptiques. On s'est rendu compte, en 2012, que les galaxies, de fait, ont changé régulièrement depuis cette époque. Elles connaissaient encore des mouvements désorganisés, à directions multiples mais, effectivement, une évolution régulière s'est faite, jusqu'às nos jours, vers plus d'organisation et les mouvements désorganisés se sont dissipés, les vitesses de rotation ont augmenté et le tout a laissé la place aux galaxies stabilisées actuelles. Le plus les galaxies étaient petites, le plus le désordre était important. Les galaxies disques, telles notre Galaxie n'ont atteint leur état actuel que longtemps après que l'essentiel de la formation d'étoiles dans l'Univers ait cessé. Au cours des 8 derniers milliards d'années, les galaxies ont perdu leurs mouvements chaotiques et, se sont stabilisées en galaxies disques du fait d'une rotation plus rapide. La galaxie spirale barrée NGC 6872 est, actuellement, la plus grande galaxie de l'Univers, avec un diamètre de 522 000 annés-lumière; elle se trouve à 212 millions d'années-lumière de la Terre, dans la constellation australe du Paon. Sa taille résulte vraisemblablement d'interactions gravitationnelles avec deux autres galaxies, dont une naine. Au cours des derniers 8 milliards d'années, le nombre des fusions entre galaxies -aussi bien de grande que de petite taille- ont décliné brusquement ainsi que le taux global de formation d'étoiles et d'explosions supernovas pertubatrices associées à celle-ci. Les interactions entre galaxies vont de collisions rasantes à des collisions frontales et comportent aussi de l'influence gravitationnelle, des fusions et du cannibalisme galactique voire des formations de quasars ou des déclenchements de supernovas; même lorsque deux galaxies se croisent suffisamment près, le passage peut déclencher une formation importante d'étoiles en leur sein. Ces fusions brouillent les structures spirales des galaxies, adoucissant et arrondissant leur forme. Une collision entre galaxies propulse beaucoup de matériau de celles-ci en direction de leur trou noir supermassif central. La formation de binaires rayons X à forte masse est une conséquence naturelle du foisonnement de formation d'étoiles qui suit une fusion entre galaxies. Certaines des étoiles massives jeunes se forment en paires puis évoluent dans de tels systèmes. Quand la vitesse relative de deux galaxies vouées à collision est trop rapide, elles ne fusionnent pas mais ce passage rapproché fait qu'elles se déforment réciproquement du fait de la gravité et elles modifient, à grande échelle, leur structure. Pendant une fusion de galaxies, c'est le trou noir de la plus grande galaxie qui devient actif et engloutit du gaz et de la poussière. Les "galaxies floconneuses" sont des galaxies spirales qui ne présentent pas la structure bien définie de leurs bras que l'on voit dans les galaxies spirales habituelles, qu'on nomme, en anglais "grand design spirals" ("spirales à grand motif"). Dans les galaxies floconneuses, on observe, ça et là dans le disque, des zones duveteuses d'étoiles et de poussière; ces galaxies sont inégales et discontinues ce qui leur donne un aspect pelucheux. Quelquefois les groupes d'étoiles s'organisent en une forme spirale générale mais des régions lumineuses, emplies d'étoiles, peuvent aussi se présenter sous la forme de bras spiraux courts ou discontinus. 30% des galaxies sont du type floconneux et seulement 10% sont des spirales classiques, de type "grand design". On appelle "agrégat galactique" (en anglais "galaxy aggregate") une galaxie qui est entourée de nombreux points lumineux -qui sont des lieux de formation d'étoiles)- qui semblent provenir d'elle, l'augmenter ou la désagréger ou ajouter à sa structure générale ou à altérer celle-ci. Un agrégat galactique connaît aussi un taux extrêmement important de formation d'étoiles (qui peut être dû à une interaction antérieure avec une autre galaxie). Au cours des derniers 8 milliards d'années, le nombre de fusions entre de grandes et de petites galaxies a décru fortement ainsi que le taux général de formation d'étoiles ou les perturbations engendrées par les explosions supernova. Les interactions gravitationnelles entre galaxies prennent différentes formes: collisions obliques, collisions frontales, influence gravitationnelle, fusions, "cannibalisme" galactique et même un passage rapproché entre deux galaxies peut déclencher une formation d'étoiles en nombre voire des quasars ou des supernovas. La majorité de ces interactions galactiques pour les grandes galaxies comme, par exemple, notre Galaxie se fait avec des galaxies de taille significativement plus petite, les galaxies naines. Seulement quelques pour cent des galaxies de l'Univers actuel sont dans un processus de fusion galactique (les fusions étaient plus communes entre il y a 6 et 10 milliards d'années). Les fusions entre galaxies continuent cependant de se produire actuellement, par exemple, il y a 130 millions d'années. La fusion de galaxies peut produire des jets de particules chargées qui se déplacent des vitesses relativistiques. Pendant une fusion, la chute du gaz et de la poussière en direction du centre galactique déclenche une explosion de formation d'étoiles et peut aussi, par ailleurs, créer un environnement instable: les ondes de choc ou les vents puissants produits par le trou noir peuvent se répandre dans la galaxie, éjectant de grandes quantités de gaz et supprimant la formation d'étoiles. Les relations entre les fusions, la formation accrue d'étoiles et l'activité des trous noirs sont complexes et on travaille encore à les comprendre complètement. Lors des fusions, les galaxies sont allongées et démembrées puis elles s'enroulent autour d'un centre commun de gravité. Après quelques mouvements supplémentaires, la tempête se calme et forme un objet rond, généralement catalogué comme galaxie elliptique. Les étoiles nouvellement formées ne vivent pas très; longtemps et après quelques milliards d'années, l'elliptique finit par être dominée par la teinte rouge des étoiles vieillisantes ou d'étoiles de plus petite taille. Une fusion de galaxies peut faire que les trous noirs galactiques redeviennent actifs, étape importante en matière de formation d'étoiles. Pendant une fusion entre galaxies, les trous noirs pourraient "clignoter" et non avoir une luminosité plus ou moins constante. Au cours de ces époques récentes, le résultat d'une collision entre galaxies semble pouvoir consister en une galaxie-disque (une spirale ou une lenticulaire) aussi bien qu'en une elliptique, ce qui expliquerait vraisemblablement qu'on trouve une majorité de spirales dans l'Univers. Les interactions entre les galaxies vont des interactions mineures (une galaxie-satellite absorbée par le bras spirale d'une galaxie principale) jusqu'aux collisions majeures entre deux galaxies de taille. Les fusions de galaxies déclenchent, dans un amas de galaxies, d'énormes ondes de choc -semblables aux bang soniques. Dans une collision, une galaxie, qui était une galaxie spirale, peut maintenir sa rotation pendant un temps. La force motrice des galaxies, d'une façon générale, sont les étoiles de type O, étoiles très brillantes à forte masse. Toutes -sauf les irrégulières- sont entourées d'un halo de matière noire et de vastes nuages de gaz. Dans un des hémisphères de l'Univers, les galaxies spirales tournent en majorité dans le sens des aiguilles d'une montre et elles le font en sens inverse dans l'autre hémisphère. Les galaxies spirales se forment par la fusion des proto-galaxies et, aussi, d'amas d'étoiles. Déjà à cette époque, le nombre des galaxies spirales barrées est important. Pour ce qui est des galaxies spirales, on appelle "winding problem" ("le problème de l'enroulement") le fait que les bras d'une galaxie, avec le temps, devraient de plus en plus se resserrer, ce qui n'est pas le cas. Dans une spirale, les étoiles qui se trouvent près du centre orbitent plus vite que celles situées plus loin. Les galaxies sont classées en différents types selon leur structure et leur apparence. Ce système de classification est dit la "Hubble Sequence", en anglais (la "séquence de Hubble") du nom de Edwin Hubble, son créateur. Les galaxies spirales sont omniprésentes dans l'Univers et représentent 70% de toutes les galaxies observées; les galaxies dites, en anglais, "grand design spiral galaxies" ("galaxies spirales de forme importante";), représentent 10% des spirales et, par de nombreux aspects, elles en sont l'archétype avec leurs bras importants, bien définis, s'éloignant d'un coeur net. Les "galaxies spirales barrées" (SB) représentent deux tiers de toutes les galaxies spirales (une barre d'étoiles est quelque chose de commun qu'on trouve dans la majorité des spirales, de nombreuses irrégulières et quelques lenticulaires (même les deux Nuages de Magellan sont barrés)). Elles semblent avoir une barre d'étoiles qui traversent le renflement central. Les barres sont le résultat d'une évolution naturelle et font partie de ce qu'on peut appeler l'endo-squelette d'une galaxie. Les barres sont le signe de la maturité galactique et on pense qu'elles servent aussi de maternité d'étoiles. On pense que la barre revigore un peu les régions centrales des galaxies, y déclenchant de l'activité en rassemblant et conduisant du matériau vers l'intérieur. Avec le temps, alors que le carburant de formation des étoiles s'épuise, les régions centrales de la galaxie deviennent calmes et la formation migre vers l'extérieur; ce qui peut créer un anneau via les ondes de densité des bras spirals et des résonances résultant de la barre centrale, qui permettent la conversion du gaz piégé à cet endroit en étoiles. Le type SB est plus avant divisé fonction de l'aspect des bras spiraux: le type SBa ont des bras serrés, le type SBc des bras lâches et le type SBb se trouve entre les deux. L'existence des bras spiraux fut longtemps un mystère car, en théorie, ils devraient être de plus en plus reserrés autour du centre galactique et disparaître en un temps relativement rapide (à l'échelle cosmologique); ce ne fut que dans les années 1960 qu'on a découvert que, plutôt que d'être des structures rigides, les bras spiraux sont des zones de plus grande densité du disque galactique, le gaz et la poussière se déplaçant à travers des ondes de gravité, étant compressés et s'y attardant avant d'en sortir. Les petites barres de poussière et de gaz, de chaque côté du centre d'une galaxie permettent d'alimenter la formation des nouvelles étoiles. Autour d'une spirale, on peut voir un anneau se former sur des points particuliers de "résonance": les effets gravitationnels de la galaxie font que le gaz s'accumule, ce qui peut provenir de la présence d'une barre ou d'interactions avec des objets proches. Certaines galaxies se comportent surtout comme des lasers géants qui émettent aussi de la lumière dans les micro-ondes; on les appelle, en anglais, des "megamasers" -"maser" étant le terme pour un laser micro-onde. De tels mégamasers, ainsi la galaxie UGC 6093, peuvent être 100 millions de fois plus lumineuses que les masers qu'on peut trouver dans les autres galaxies ainsi notre Galaxie. Les galaxies elliptiques se forment par fusion de galaxies spirales (comme ces évènements ont lieu aussi bien dans des amas à forte qu'à faible densité de galaxies, la création des elliptiques doit avoir lieu sur la base de fusion à basse vitesse); un ovale d'étoiles est typique des elliptiques. Les "galaxies cD" ressemblent à des elliptiques mais de plus grande taille et elles possèdes des enveloppes étendues et de faible luminosité; elles croissent au centre des amas de galaxies en absorbant des galaxies plus petites qui y sont attirées par la gravité. Les galaxies elliptiques massives, d'une façon générale, se distinguent des elliptiques standards par un coeur pauvre en étoiles qui est dû au trou noir supermassif refluant les étoiles (les elliptiques standards ont un coeur beaucoup plus lumineux). Une elliptique sur 10 est une galaxie "en couches" (en anglais "shell galaxy"): les étoiles du halo sont organisées en couches. On pense que cette structure provient d'épisodes de cannibalisme galactique: les deux centres galactiques oscillent autour d'un centre commun, ce qui produit des ondes vers l'extérieur et forme les couches d'étoiles. Ces couches, habituellement, sont quelque peu de guingois. Les grandes elliptiques continuent de fabriquer des étoiles longtemps après leur pic de formation stellaire: des noeuds d'étoiles bleues et chaude se forment le long des jets produits par leur trou noir central. Les jets rencontrent le halo de gaz qui entoure les galaxies et contrôlent ainsi le taux de refroidissement et de chute de ce gaz dans la galaxie (ce qui illutre une fois de plus, l'action régulante de la formation d'étoiles et des trous noirs dans les galaxies). Avant que les elliptiques ne vieillissent, certaines, alors qu'elles se sont formées récemment, connaissent un ultime regain de jeunesse en fusionnant le gaz et la poussière qui leur restent, ce qui déclenche de nouveaux épisodes de formation d'étoiles es galaxies naines, de nos jours, sont les galaxies les plus courantes de l'Univers mais le mystère demeure de savoir pourquoi ces systèmes relativement isolés, de faible masse et qui manquent de grandes quantités de gaz peuvent assurer une formation détoiles sur des périodes de temps longues. Les galaxies de petite taille, d'une façon générale, présentent des caractéristiques gravitationnelles plus faibles, ce qui nécessite moins d'énergie pour déplacer la matière que dans les autres galaxies et qui les rend beaucoup plus susceptibles d'être remplis de courants et de flux de particules chargées qu'on appelle des "vents galactiques" et qui proviennent des étoiles nouvellement nées. On pense que les galaxies naines se forment du matériau qui reste de la formation mouvementée des plus grandes galaxies; elles présentent des interactions avec les galaxies voisines, ce qui entraîne la formation d'étoiles. Les galaxies dites en anglais "super-thin" ("super-fines") sont des galaxies spirales dont le diamètre est au moins 10 fois plus important que leur épaisseur; elles ont une faible luminosité et presque toutes n'ont pas de renflement central ni de bandes de gaz. Sur un échantillon d'approximativement 800 000 galaxies situées au moins à 3,5 milliards d'années-lumière, 53 des plus brillantes galaxies, de façon curieuse, avait une forme spirale et on elliptique (la dernière étant la forme la plus répandue dans l'Univers); on les appelle des "super-spirales". Les super-spirales ont une luminosité d'entre 8 à 14 fois celle de la Galaxie, peuvent atteindre 10 fois sa masse et 2 à voire 4 fois ses dimensions. Les super-spirales émettent beaucoup d'ultraviolet et de moyen-infrarouge, ce qui signifie un taux très élevé de formation d'étoiles (près de 30 fois celui de la Galaxie). Les super-spirales résistent au processus de "quenching" qui fait que les spirales ordinaires voient la formation d'étoiles empêchée du fait que trop de gaz est capturé par la galaxie. Du fait que certaines super-spirales contiennet deux noyaux galactiques, signe d'une collision galactique, les super-spirales pourraient résulter de la collision (et pas une elliptique comme habituellement); les gaz mélangés des deux galaxies se stabiliseraient alors rapidement dans un nouveau disque stellaire de plus grande taille. Les super-spirales pourraient modifier fondalement notre compréhension de la formation et de l'évolution de la plupart des galaxies massives. Les études des champs lointains ont montré que le taux de collision-fusion entre galaxies au cours des derniers 8 à 9 milliards d'années était imprécis, pouvant se situer entre 5 et 25% des galaxies. Des études plus récentes montrent que les grandes galaxies sont entrées en collision entre elles aux alentours d'une fois tous les 9 milliards d'années alors que ce sont les petites galaxies fusionnent avec de grandes galaxies plus fréquemment (vers trois fois plus). Les fusions entre galaxies sont importantes car elles semblent un facteur-clé pour ce qui est de la construction des galaxies, la formation rapide d'étoiles aux débuts de l'Univers et l'accrétion de gaz sur les trous noirs galactiques qui se trouvent au centre des galaxies. Dans le cas d'une collision, du gaz peut se déplacer vers l'intérieur d'une des galaxies, en direction du trou noir galactique, ce qui déclenche de la formation d'étoiles; mais il peut aussi s'échauffer en entrant en collisions avec le gaz galactique existant et, par-dessus tout, troubler à ce point ce gaz -lequel est froid- que ces températures froides qui se répandent stoppent la formation d'étoiles. Notre propre Galaxie a absorbé plusieurs galaxies de petite taille, des galaxies naines, au cours du passé récent, ce qui a aidé à la construction des régions extérieures du halo. Les ondes sonores de la formation de l'Univers ont laissé leur empreinte dans les galaxies, faisant que deux galaxies sont, en général, éloignées de 500 millions d'années-lumière. Lorsque deux galaxies entrent en collision (en fait passent l'une à travers l'autre) et lorsque la plus petite des deux passe en profondeur dans l'autre mais décalée par rapport au centre, cela peut engendrer un grand bras extérieur qui a partiellement l'aspect d'un anneau. Cela vient de ce que les bras spiraux intérieurs sont fortement déformés hors du plan (et ont diverses positions par rapport au renflement central). Plus généralement, on assiste à la formation de "queues de gravité" (en anglais, "tidal tails"), de grands et fins courants de gaz, poussière et étoiles qui s'étendent des galaxies en collision: du matériau est séparé des bords extérieurs de chacune des deux galaxies et est propulsé dans deux directions opposées, formant deux queues de gravité (celles-ci, la plupart du temps, ont une forme incurvée); les courants d'étoiles ("stellar streams") sont aussi des caractéristiques d'interactions galactiques. Les "galaxies en anneau" (en anglais "ring galaxies"), elles, se formeraient lorsqu'une galaxie entre en collision avec une autre, plus grande, quasi dans le plan. L'anneau peut être composés de trous noirs ou d'étoiles à neutrons en système binaires -qui constituent souvent des ULX (sources rayons X ultra-lumineuses)- et l'anneau, d'une manière générale, se forme suite à des ondes qui génèrent un anneau de gaz en expansion dans lequel de la formation d'étoiles se produit. Une perturbation de ce type redistribue le matériau d'une part dans un coeur central dense et, d'autre part, dans un anneau d'étoiles brillantes (dans lequel la formation d'étoiles nouvelles est intense), ces deux structures représentant les deux galaxies entrées en collision; l'anneau marque la limite de l'onde de choc. Certains anneaux avec explosion de formation d'étoiles peuvent aussi simplement être causés par la forme ovale d'une galaxie. Les sources ULX ("ultraluminous X-ray", "source rayons X ultralumineuse") devraient exister en un exemplaire par galaxies mais certaines galaxies n'en possèdent pas; ce sont des phénomènes encore mal connus et sont des sources rayons X de forte luminosité, qui excède celle des étoiles à neutrons ou des trous noirs stellaires. Les "low surface brightness galaxies" ("galaxies à brillance de surface basse", ou LSB), dont l'existence avait d'abord été hypothétisée en 1976 avant d'être confirmée en 1986, sont des galaxies plus diffusément distribuées qu'à l'habitude: avec des brillances de surface jusqu'à 250 fois plus faibles que le ciel nocturne, ces galaxies peuvent être très difficiles à trouver; la plupart de la matière qu'elles contiennent l'est sous la forme d'hydrogène plutôt que sous forme d'étoiles; leur centre, de plus, ne contient pas de grands nombres d'étoiles. On suspecte que c'est parce que les galaxies LSB se trouvent surtout dans des régions vides d'autres galaxies et donc n'ont qu'expérimenté que peu d'interactions et fusions galactiques, lesquels déclenchent de forts taux de formation d'étoiles. Les LSB, au contraire, semblent dominées par la matière noire. Un renflement galactique classique, d'une façon générale, ce centre brillant, dense et elliptique d'une galaxie, est relativement désordonné, les étoiles orbitant le centre galactique dans toutes les directions. Par contre, dans les galaxies dotées d'un pseudo-renflement, ou renflement en disque (en anglais, "pseudobulge", "disc-type bulge") le mouvement des bras spirales se retrouve jusqu'au centre de la galaxie. On appelle "blue compact dwarf galaxy" ("galaxie naine compacte bleue", BCD) une galaxie de taille 1/10ème celle d'une galaxie spirale habituelle; elle est constituée de grands amas d'étoiles chaudes et massives qui ionisent le gaz environnant de leur intense radiation et elles brillent brillamment d'une teinte bleue, ce qui donne à leur galaxie cette couleur bleue caractéristique. Les BCD se composent de nombreux amas d'étoiles de grandes dimensions reliés ensemble par la gravité; elles ne contiennent que relativement peu de poussière et peu d'éléments plus lourds que l'hélium. Les BCD ne possèdent ni grande quantité de poussière ni éléments lourds, ce qui fait que leur composition est très semblable à celle qui a donné naissance aux premières étoiles des débuts de l'Univers. Les étoiles de ces galaxies brûleront leur stock de gaz en seulement quelques millions d'années. Les galaxies "starburst" sont des galaxies dont une partie significative de l'énergie ne provient pas de leurs populations d'étoiles normales mais d'une formation extraordinairement élevé d'étoiles près de leur centre, cette activité pouvant être de plus reliée au trou noir galactique. Les trous noirs galactiques, vers il y a 7 milliards d'années, déclenchent des geysers de gaz dont la vitesse peut atteindre 3,2 millions de km/h ce qui interrompt la formation d'étoiles en soufflant tout le comburant encore disponible; on pense que, par ailleurs, les étoiles peuvent elles-mêmes interrompre cette période de formation en émettant des flux de gaz lorsque l'épisode de formation est suffisamment compact. Si un flux de gaz froid à former des étoiles s'interrompt, la galaxie évolue rapidement et elle devient une galaxie rouge, elliptique. Ces épisodes compacts sont très rares cependant et ces galaxies n'atteignent pas, alors, le stade typique des géantes elliptiques qu'on trouve dans notre voisinage. Elles sont, en fait plus compactes. Un "Liner-type Active Galactic Nucleus" ("noyau galactique actif de type liner"), par ailleurs, est une région centrale galactique hautement énergétique. Le terme "LINER" veut dire, en anglais, "low-ionization nuclear emission-line region" ("région à ligne d'émission d'ionisation nucléaire basse") car le noyau émet une émission provenant d'atomes de certains éléments qui sont faiblement ionisés ou neutres. Près d'un-tiers de toutes les galaxies qui avoisinent la nôtre seraient des galaxies-Liner. De nombreuses de ces galaxies contiennent aussi des régions d'intense formation stellaire, que l'on pense être dues intrinsèquement au centre galactique; mais on ignore encore si ce sont les formations d'étoiles qui déversent du carburant de formation vers l'intérieur, alimentant le phénomène LINER ou l'inverse, la région active centrale déclenchant la formation stellaire. De vastes halos de gaz peuvent exister autour de galaxies spirales: des "cheminées", couloirs taillés dans la masse de la galaxie par des explosions de supernovas, permet au gaz d'atteindre le halo puis il retombe sur le disque, étant ainsi à l'origine d'une véritable "fontaine de jouvence" galactique. Des filaments de poussière et de gaz qui partent du plan d'une galaxie et rejoignent le halo sont également révélateurs que du matériau est éjecté du fait des supernovas ou d'une intense formation d'étoiles. De forts vents stellaires peuvent projeter la poussière et le gaz sur des centaines d'années-lumière. Des processus complexes d'accrétion et d'expulsion par lesquels les galaxies acquièrent du gaz puis, par la suite, l'expulsent après qu'il ait été traité chimiquement par leurs étoiles régulent la vie des galaxies sur des millards d'années. Certaines régions centrales des galaxies sont dites des "noyaux HII", du fait de la présence d'hydrogène ionisé et sont vraisemblablement l'emplacement de la création de nombreuses nouvelles étoiles. Les galaxies recyclent en permanence d'immenses volumes d'hydrogène et d'éléments lours. Le processus permet ainsi aux galaxies de construite des générations successives d'étoiles. Dans une galaxie, le milieu interstellaire, d'une façon générale, s'étend du gaz moléculaire froid des nuages où se forment les étoiles au gaz chaud qui y est renvoyé par les explosions supernova. Le recyclage permanent empêche certaines galaxies d'épuise leur "carburant" et étend l'époque de formation des étoiles au-delà de 10 milliards d'années. Une "pluie" galactique, d'une façon générale, sous la forme de nuages froids de gaz, répandent une brume au sein des amas de galaxies et son interaction avec les trous noirs est un des facteurs de formation d'étoiles dans l'amas. Un équilibre se fait entre le matériau qui tombent sur les trous noirs et le matériau abandonné à la formation d'étoiles. Dans une galaxie-type, tel la Galaxie, une fraction seulement du gaz galactique produit réellement des étoiles alors que la plus grande partie reste sans activité; les régions formatrices d'étoiles sont distribuées de façon aléatoire dans la galaxie et les puissants vents stellaires expulse du gaz galactique dans le milieu intergalactique. La formation d'étoiles, cependant, se ralentit et notre Galaxie, par exemple, ne produit plus, par an, que l'équivalent d'une masse solaire d'étoiles nouvelles. Les galaxies en période de formation d'étoiles, d'une façon générale, attirent de la masse du milieu intergalactique, ce qui ajoute au matériau disponible. Pour revenir au halo, un halo étendu, détermine aussi largement la couleur et la forme des galaxies. Une grande masse de nuages de gaz tombent du halo géant, ce qui alimente la formation des étoiles. Une partie du gaz est du matériau recyclé, lequel se régénère en permanence via la formation des étoiles et l'énergie des novas et des supernovas lesquelles renvoient du gaz chimiquement enrichi dans le halo. Il n'y pas de halo, habituellement, autour des galaxies qui ne forment plus d'étoiles. Dans ces galaxies, le processus de recyclage amène finalement à l'allumage une très rapide formation d'étoiles, qui peut disperser le gaz restant, ce qui, pour l'essentiel, empêche toute formation ultérieure. De telles galaxies peuvent mener du gaz à des températures de 2 millions de degrés très loin dans l'espace inter-galactique et à des vitesses supérieures à 3,2 millions de km/h. Cela est suffisant pour que le gaz s'échappe à jamais et ne participe plus à un processus de recyclage. Ainsi, les spirales à fort taux de formation d'étoiles peuvent se transformer en ellliptiques qui ne forment plus d'étoiles. Les amas de galaxies, eux, continuent de se former. Un amas de galaxies entièrement constitué contient à la fois des populations évoluées d'étoiles dans ses galaxies-membres et le milieu, au sein de l'amas, est composé de gaz chaud riche en métaux. A 3 milliards d'années-lumière de nous, l'objet Abell 1758 voit 4 amas de galaxies fusionner. Près de la moitié des galaxies de l'Univers, par ailleurs, appartiennent à une quelconque forme de groupe (semblable, par exemple, à notre Groupe local). Un amas de galaxies, d'une façon générale, est un gigantesque assemblage de galaxies et de gaz très chaud, qui brille fortement dans les rayons X. Les amas de galaxies peuvent connaître des fusions entre amas. L'espace qui se trouve entre les galaxies d'un amas -le "intracluster medium" en anglais ("milieu au sein de l'amas", ICM) est à de très hautes températures qui résultent de structures plus petites qui se forment dans l'amas. Ceci fait que l'ICM est fait de plasma -cette forme de la matière ordinaire portée à un état super-chaud. L'ICM est très lumineux dans les rayons X. Les galaxies qui se déplace dans un amas, d'une façon générale, subissent du "ram-pressure stripping" ("dépouillement par pression de percussion") qui leur enlève du gaz

l'"Univers web" est finalement l'ensemble des amas de galaxies et galaxies isolées qui se sont formés au long des filaments de gaz primitif site 'Amateur Astronomy'

La majorité de la masse d'un amas de galaxies est due à la matière noire. Certains amas de galaxies sont surtout composés de gaz chaud et essentiellement brillants dans les rayons X; ils sont ainsi appelés des "amas de galaxies rayons X" (en anglais "X-ray galaxy clusters")). La lumière diffuse qu'on observe autour des galaxies les plus lumineuses d'un amas provient d'étoiles disséminées entre les galaxies qui constituent l'amas; l'origine de ces étoiles est encore mal élucidée (une théorie pense qu'il pourrait s'agit d'étoiles éjectées de leurs galaxies d'origine au cours de fusion et interactions). Les collisions entre amas produisent des fronts froids en leur sein; ceux-ci peuvent durer des milliards d'années bien qu'ils passent à travers un environnement difficile d'ondes sonores et de turbulences causés par le trou noir supermassif central des amas (cette persistence pourrait être due au fait qu'ils sont entourés de champs magnétiques qui agissent comme un barrage). On trouve aussi, dans les amas de galaxies, des ondes sonores géantes d'une taille de 2 fois la Galaxie. Les amas de galaxies peuvent contenir un halo radio gigantesque ou de puissantes ondes de choc. Tous les amas de galaxies sont emplis de gaz chaud entrelacé de champs magnétiques. Les "galaxies méduses" (en anglais "jellyfish galaxies") présentent des "tentacules" qui sont dues à un processus appelé, en anglais, "ram pressure stripping" ("dépouillement par pression de percussion"): les galaxies, dans les amas, tombent à une grande vitesse du fait de leurs attractions gravitationnelles mutuelles et elles y rencontrent un gaz chaud et dense qui fait apparaître ces queues de gaz et qui déclenche des formations d'étoiles dans les galaxies. Le processus rend sans doute aussi possible pour le gaz d'atteindre les régions centrales des galaxies, alimentant leur trou noir supermassif lumineux. Le fait de faire partie d'amas massifs de galaxies fait qu'une galaxie subit des effets, essentiellement des épisodes de formation d'étoiles qui sont dûs à des interactions gravitationnelles entre galaxies au sein de l'amas. Ils sont encore cependant moins nombreux et moins peuplés que ceux d'aujourd'hui, mais ils émettent plus de rayons-X. Les "amas de galaxies massifs" (en anglais "massive galaxy clusters") ont une masse d'1 million de milliards de fois la masse du Soleil... Les bords des amas d'étoiles sont semblables pour ce qui est de leurs profils et tailles en matière d'émission rayons X; les amas les plus massifs sont simplement des versions amplifiées des amas plus petits. Une "field galaxy" ("galaxie de champ) est une galaxie qui est relativement isolée plutôt que de faire partie d'un amas. Les amas, de nos jours, comprennent des dizaines, des centaines voire des milliers de galaxies; la galaxie centrale d'un amas contient un trou noir supermassif qui vaut des milliers de fois la masse de celui qu'on trouve au centre de la Galaxie. Le gaz qui se trouve au centre d'un amas de galaxies interagit avec les bulles de gaz que le trou noir supermassif de la galaxie centrale émet et des filaments lumineux indiquent le chemin de ces bulles expulsées violemment. De grands filaments, dans un amas de galaxies, connectent les galaxies entre elles. Les galaxies qui possèdent des trous noirs qu'on ne voit pas tendent à se rassembler plus que les galaxies dont on voit le trou noir car les premiers sont entourés d'un plus grand halo de matière noire, lequel attire d'autres galaxies; on ne sait cependant pas pourquoi ces trous noirs dissimulés posséderaient de plus grands halos de matière noire. Toutes les galaxies spirales et elliptiques possède de la matière noire laquelle agit comme l'échafaudage qui permet la cohésion des éléments de la galaxie. Dans les galaxies, la matière noire, d'une manière générale, ralentit, aux bords de celles-ci, le mouvement des étoiles et des amas globulaires. D'une façon générale, le rapport entre la matière noire et la matière normale des galaxies change avec le temps: la matière devient plus importante. Les amas de galaxies contiennent une énorme quantité de gaz, plus importante que la masse totale des galaxies qui les composent, qui sert de réservoir à la formation d'étoiles. Ce gaz chaud, avec le temps, devrait refroidir et sombrer en direction de la galaxie ancienne du centre des amas et y former un nombre énorme d'étoiles. Cependant, la plupart des amas n'ont formé que peu d'étoiles au cours des derniers milliards d'années car le trou noir supermassif de la galaxie centrale envoie, via des ondes son puissantes ou ses jets, de l'énergie dans l'amas, ce qui empêche le refroidissement du gaz, donc la formation d'étoiles. De grands amas, par ailleurs, tel l'amas du Phénix, l'un des objets les plus grands de l'Univers, ne présente pas cette caractéristique et permet une forte formation d'étoiles. Mais de telles exceptions ne durent pas longtemps. Les galaxies anciennes du centre des amas, d'une façon générale, pourraient être restées inactives pendant des milliards d'années. Les amas de galaxies sont habituellement centrés sur une galaxie centrale, d'une taille énorme, qui contient un trou noir galactique massif. Les "Brightest Cluster Galaxies" ("galaxies les plus brillantes d'un amas", BCG) sont les galaxies les plus massives et les plus lumineuses de l'Univers; ce sont généralement d'énormes elliptiques et elles abritent vraisemblablement des noyaux galactiques actives. Les BCG pourraient être alimentées par le gaz froid de leur galaxie-hôte et, dans les plus anciennes de ces galaxies, la formation d'étoiles ne contribue plus significativement à la croissance de celle-ci (mais il y a alors formation d'étoiles lorsqu'il y a fusion de galaxies). Le plus grand amas de galaxies connu est l'amas El Gordo (ACT-CL J0102-4915), situé à 9,7 milliards d'années-lumière de nous; sa masse est de 3 millions de milliards de masse solaire. L'énergie noire tend à distendre les amas, ralentissant donc le processus. Les amas de galaxies se forment, là encore par des mécanismes de fusion: de nombreux "sous-amas" de galaxies fusionnent. Lors des collisions entre amas de galaxies, un processus dit "sloshing", en anglais, semblable au mouvement d'un vin dans un verre qui a été secoué latéralement, fait que le plus petit des deux amas oscille dans un sens et dans l'autre par rapport au centre du plus grand. Lorsque la collision est décentrée par rapport au coeur de l'amas principal, cela produit aussi un système en spirale. Le trou noir super-massif de la galaxie elliptique géante située au centre du plus grand des amas participe également à l'évènement: il évacue des bulles de matériau. Ces deux processus, l'oscillation et celle du trou noir, permettent d'empêcher le refroidissement du gaz du centre de l'amas principal; cela, de plus, limite la croissance à la fois de la galaxie géante et de son trou noir. Les amas jeunes sont insérés dans de vastes nuages de gaz qui émettent dans les rayons-X. La formation des amas amènent les galaxies-membres à un développement rapide: les galaxies, dans les amas, entrent en collision, acquérant ou perdant de la matière noire, et elles forment des étoiles du fait de la pression que le gaz de l'amas exerce contre leur propre gaz. Les possibilités de collision qui existent dans les amas plus ordinaires finissent par détacher du matériau des galaxies entrées en collision; celui-ci est dispersé au centre de l'amas, où il alimente la formation d'étoiles et d'amas d'étoiles indépendants, qui n'appartiennent à aucune galaxie. Dans de tels contextes, les étoiles atteignent le stade de supernova en à peu près 10 millions d'années! Dans le cas d'une collision entre deux galaxies de taille différente, l'activité de création d'étoiles nouvelles commence plus tôt dans la petite galaxie que dans la grande car il se pourrait que les galaxies de petite taille ont moins consommé de leur gaz dans le noyau. Les amas de galaxies mesurent des millions d'années-lumière et l'essentiel de leur matière se présente, non pas tant via les galaxies que sous la forme de gaz chaud, rayonnant dans les rayons X, qui remplit l'espace entre elles. Les proportions de la matière que l'on trouve dans les amas sont celles de l'Univers (matière normale, matière noire, énergie noire). Dans la région centrale des amas, le gaz est perturbé ou adouci de façon répétée par le passage de galaxie et, aux frontières des amas, du gaz frais s'y introduit sous la forme d'amas irréguliers. La plupart des galaxies de l'Univers, maintenant, se trouvent dans des regroupements et des amas. Les amas de galaxies sont les plus grandes structures de l'Univers: ils comprennent des centaines ou des milliers de galaxies liées entre elles par la gravité. Les amas de galaxies contiennent des centaines ou des milliers de galaxies qui sont plongées dans un gaz dont la température atteint des millions de degrés et la matière noire s'y trouve aussi. Lorsque deux amas de galaxies se heurent, leur matière noire et leur gaz se séparent et leurs coeurs compacts de gaz n'existent plus. Avec le temps, le gaz devrait suffisamment refroidir pour déclencher d'énormes quantités d'étoiles mais ce n'est pas le cas: ce pourrait être dû à l'énergie qui irradie depuis les cavités qui sont creusées dans le gaz tombant vers le centre de l'amas par les jets de trous noirs super-puissants des grandes galaxies se trouvant au centre des amas. Les galaxies, dans un amas, peuvent être gravitationnellement détruites (laissant des étoiles dériver dans le processus) lorsqu'elles plongent vers le centre de l'amas, là où les forces gravitationnelles sont les plus fortes. L'environnement particulier des amas de galaxies, de façon générale, dont les effets des collisions fréquentes qu'ils connaissent avec d'autres amas ou d'autres groupes de galaxies, ainsi que la présence de grandes quantité de gaz intergalactique chaud, joue vraisemblablement un rôle important sur l'évolution de leurs galaxies membres. Mais il est cependant peu clair que ces fusions entre amas déclenchent une formation d'étoiles, la suppriment ou n'ont que peu d'effets. Les ondes de choc, par exemple, qui sont semblables à des boums soniques et qui se forment dans la collision entraînent l'effondrement de nuages de gaz et donc la formation d'étoiles. Les amas de galaxies sont séparés l'un de l'autre, en moyenne, de 100 millions d'années-lumière; les amas dont la densité des galaxies est la plus forte voient cette valeur être moindre que pour les amas dont la densité de galaxies est moindre. Un filament qui contient des centaines de galaxie et qui s'étend sur 8 millions d'années-lumière a été observé alors qu'il sert de connection entre deux ou trois amas de galaxies qui sont en train de fusionner pour former un super-amas. Une intense formation d'étoile y a lieu et les galaxies du filament sont écrasées par la gravité. Un tel filament joue, de plus, vraisemblablement le rôle de mener ces galaxies jusqu'au coeur du super-amas en formation. Elles y deviendront, sur des milliards d'années des elliptiques massives, rouges et anciennes. Les super-amas sont remplis de galaxies elliptiques rouges et "mortes", qui ne contiennent que des étoiles âgées et rougeâtres. De façon surprenante, de grandes quantités de gaz froid pourraient exister dans les elliptiques géantes (en-dehors de celles qui se trouvent au centre des amas). Mais celles-ci ne produisent pas d'étoiles; ce qui pourrait être lié au rôle important que leur trou noir joue dans leur évolution. Les sursauts des trous noirs évacuent la plupart de leur énergie dans le centre de la galaxie, où le gaz froid se trouve, empêchant celui-ci de se refroidir suffisamment pour atteindre le stade de la formation d'étoiles. Les trous noirs, de plus, dans d'autres elliptiques, émettent des jets qui empêchent aussi le gaz de se refroidir. Puis la formation des étoiles et des galaxies continue jusqu'à 7 milliards d'années après le début du Big Bang. Des études menées sur le processus de formation des étoiles dans les galaxies naines pourrait permettre de mieux comprendre le phénomène, y compris dans les galaxies normales: des poches de formation intense sont le point de départ d'un phénomène qui se propage ensuite à toute la galaxie, la formation pouvant durer 200 à 400 millions d'années. Cette propagation est due au fait que les étoiles qui se forment déclenchent, quand elles meurent sous la forme de supernovae, des ondes de choc qui enclenchent de nouvelles vagues de formation. Les galaxies naines, ainsi, au lieu de former 8 étoiles tous les mille ans en forment 40 sur la même durée. Un épisode de "poussée d'étoiles" ("starbust" en anglais), épisode d'intense formation d'étoiles dans une galaxie, d'une façon générale, produit de fortes émissions de rayons X et résulte souvent d'une collision entre galaxies. La formation d'étoiles dans les galaxies peut aussi se produire lorsqu'une galaxie "tombe" dans un amas de galaxies, comme c'est le cas pour la galaxie IC 3418, qui, à 54 millions d'années-lumière de nous, plonge dans l'amas de la Vierge et ses 1500 galaxies à la vitesse de 3,2 millions de km/h (2 millions de miles/h). Une queue de gaz se forme où apparaît un ingrédient fondamental de la formation des étoiles: des nuages d'hydrogène moléculaire, cette forme dense et lourde de l'hydrogène. Les fortes turbulences favorisent aussi la formation des nuages donc des étoiles. Une illustration du fait que des interactions se produisent entre les amas de galaxies et cette immense vague de gaz chaud s'étendant sur quelque 200 000 années-lumière, qui s'est formée dans l'amas de galaxies de Persée après qu'un petit amas d'environ un dixième sa masse l'ait frôlé et amené sa vaste quantité de gaz à osciller. On a observé des galaxies être ravivées, sur leur pourtour, par un disque entier d'étoiles en formation; on pense que cela pourrait s'expliquer par l'accumulation progressive de gaz pris du milieu intergalactique. Quand arrivent 7 milliards d'années après le Big Bang, le rythme de la formation est freiné et la formation décline jusqu'à aujourd'hui. On ne manquera pas de noter la similitude, dans le temps, entre cette rupture et le fait qu'a lieu, à la même époque l'accélération de l'expansion de l'Univers par l'énergie noire. La formation des étoiles dans les galaxies se fait là où se trouve des nuages d'hydrogène, y compris dans des zones périphériques. Des structures de poussière, par ailleurs, sous forme de filaments, de nuages ronds et irréguliers, ou de colonnes verticales, de structures en boucles ou en cônes verticaux, jouent vraisemblablement un rôle dans l'éjection de gaz et de poussière à partir du plan galactique des galaxies spirales; elles transportent le milieu interstellaire jusqu'à des distances importantes. Ce mouvement est initiée par les puissants vents stellaires des supernovas. Les "noyaux galactiques actifs" ("Active Galactic Nuclei", "AGN") continuent d'être fréquents dans les galaxies jusqu'à ce que l'Univers atteigne 60% de son âge puis ces objets deviennent plus rares (les AGN sont des galaxies qui possèdent en leur centre un trou noir massif, qui en expulse le gaz sous la forme de deux cônes polaires; les galaxies de type Seyfert représentent une catégorie d'AGN -la zone située immédiatement autour du trou noir peut avoir une très importante luminosité qui résulte de la radiation du matériau qui tombe sur le trou noir; leur luminosité est comparable à celle de notre Galaxie dans son entier. Les galaxies Seyfert représentent, de nos jours, 10% de toutes les galaxies existantes. Dans certaines galaxies Seyfert, un anneau de poussière peut être perpendiculaire au plan d'une galaxie elliptique, peut-être lié à deux jets qui expulsent du matériau, signe de comment le trou noir accélère et aspire le gaz de l'espace voisin de la galaxie). Les galaxies "naines compactes bleues" (en anglais, "Blue Compact Dwarf" ou "BCD galaxies"), comme NGC 5253, par exemple, sont des galaxies qui abritent des régions de formation d'étoiles très actives bien qu'elles ne contiennent que peu de poussière et que peu, comparativement, d'éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium, lesquels sont les ingrédients de base de la formation des étoiles. Les nuages moléculaires dans les galaxies BCD sont très semblables aux nuages d'origine qui ont formé les toute premières étoiles de l'Univers, lequel manquait de poussière et d'éléments lourds. L'Univers d'aujourd'hui est essentiellement composé de galaxies sphéroïdales naines, de galaxies elliptiques naines et de galaxies elliptiques géantes. La plupart des galaxies que l'on observe se trouve soit dans leur forme spirale, soit dans leur forme elliptique. Peu le sont dans la phase de transition entre les deux. Comme les fusions sont l'évolution la plus courante du monde des galaxies, cela pourrait signifier que cette phase transition est courte. En effet, cela s'expliquerait facilement: une fusion de deux galaxies déclenche un pic de formation d'étoiles, lequel épuise rapidement le gaz disponible à celle-ci; par ailleurs, une fusion peut ré-activer le trou noir des deux galaxies, lesquels émettent des ondes de choc et des jets qui épuisent aussi le gaz (soit celui-ci est éjecté des galaxies, soit l'activité des trous noirs crée un état disruptif permanent). Dans l'un et l'autre cas, les réserves de gaz disponibles pour la formation d'étoiles sont rapidement dissipées et donc la phase de transition se déroule vraisemblablement sur une période de temps assez courte

Les galaxies naines du halo des grandes galaxies
Les galaxies naines qui se trouvent dans l'environnement immédiat de notre Galaxie ou celui d'autres grandes galaxies sont les galaxies les plus petites, les plus anciennes et les plus originelles de l'Univers. Elles sont dominées par la matière noire puisque de la matière noire entoure la Galaxie, certains amas étant suffisamment massifs pour attirer du gaz en provenance du milieu interstellaire et déclencher la formation des étoiles, d'où les galaxies naines. Ces galaxies ont formé des étoiles pendant le premier milliard d'années qui a suivi la naissance de l'Univers puis l'interruption de cette formation s'est produite au moment où les premières étoiles ont déclenché l'époque de réionisation de l'Univers. Le processus a aussi retiré le gaz des galaxies naines. Cela pourrait également aider à la solution du "problème des galaxies satellites manquantes" (en anglais "missing satellite problem"): seulement quelques dizaines de galaxies naines ont été trouvées autour de notre Galaxie alors que les modèles informatiques laissent penser qu'il devrait en exister des milliers -et ce constant vaut aussi pour l'Univers en général. La distribution de la matière noire à l'intérieur des galaxies naines est également intriguant (ce qu'on appelle, en anglais, le "cuspy halo' problem" (littéralement le "problème du halo à l'orée"). Une explication possible est qu'il n'y a eu qu'une formation d'étoiles faible dans les plus petites des galaxies naines ou aucune formation du tout, ce qui les rendrait donc difficile à observer. La population stellaire fossile des galaxies naines va de quelques centaines à quelques milliers d'étoiles qui sont soit plus faibles soit plus lumineuses que le Soleil et les galaxies contiennent 10 à 100 fois plus de matière noire que de matière ordinaire

La phase qui se situe entre une spirale et une elliptique est appelée une galaxie "lenticulaire", galaxie qui possède les caractéristiques des deux types avec un renflement central, une barre, un disque épais -elles ont une forme de disque- et un anneau externe. Par contraste avec les galaxies spirales, les lenticulaires ont épuisé l'essentiel de leur milieu interstellaire et le taux de formation d'étoiles y est très bas, comme dans les galaxies elliptiques et elles n'ont pas de bras spiraux. Les galaxies lenticulaires sont répandues. Elles trouvent aussi leur origine dans les fusions de galaxies mais leur "relation Tully-Fisher" -qui caractérise aussi les galaxies spirales et qui est une relation entre la luminosité et la vitesse de rotation- ne s'établit que lentement, entre 4 à 7 millards d'années après la fusion. L'étape entre les lenticulaires et les spirales donne des galaxies "hybrides". Les galaxies lenticulaires abritent des étoiles âgées comme les elliptiques et elles ont un disque comme les spirales. Elles diffèrent des elliptiques car elles possèdent un renflement central et un disque (fin) et elles diffèrent des spirales car leur disque ne contient que très peu de gaz et de poussière ni ne présente une structure à plusieurs bras. Quelquefois, un anneau polaire de matériau peut encercler le disque et une série de filaments constitués de poussière se trouve à angle droit de celui-ci. Les galaxies lenticulaires font partie de la classe S0. De telles galaxies en disque ont utilisé la majeure partie de leur gaz et de leur poussière. Il en résulte que leur taux de formation d'étoiles n'est que très peu important et qu'elles consistent essentiellement en étoiles anciennes et vieillisantes. On pense que lenticulaires comme elliptiques sont des galaxies "de type ancien" et qu'elles évoluent de façon passive; mais, si les elliptiques ont connu des phases actives dans leur passé, les galaxies de type S0 soit sont des galaxies qui vieillissent ou qui s'estompent et elles n'ont jamais connu d'interactions avec d'autres galaxies (ou elles sont le résultat vieillissant d'une seule fusion, dans le passé de deux galaxies spirales).Les galaxies elliptiques sont deux fois plus nombreuses aujourd'hui qu'il y a 9 milliards d'années ; les variétés massives ont commencé leur vie comme spirales et leur trou noir supermassif a, in fine, éliminé le matériau nécessaire à la formation d'étoiles. Les elliptiques ne sont pas en rotation sur elles-mêmes. Un quart des elliptiques semble posséder des disques de gaz en rotation rapide en leur centre. Certaines elliptiques peuvent appartenir à une catégorie inhabituelle de galaxies: elles possèdent un coeur diffus et, au lieu d'étoiles rassemblées autour d'un trou noir, avec pic de lumière, on n'observe qu'un brouillard diffus de lumière. Dans ce cas, la taille d'un tel coeur galactique est beaucoup plus grande. Une telle diffusion pourrait être due au fait que deux trous noirs fusionnent et perturbent les étoiles ou que ces trous noirs en fusion ont été éjectés du coeur et ont donc laissé les étoiles sans ancrage gravitationnel. Les trous noirs, eux, continuent d'être actifs et de croître dans la plupart des galaxies, sauf dans les elliptiques. Ils sont les restes des anciens quasars. De jeunes galaxies, de style blocs de base des débuts, continuent d'apparaître, certaines aussi jeunes que 500 millions d'années. L'une d'entre elles se trouve à 45 millions d'années-lumière seulement de notre Galaxie. Les galaxies spirales barrées représentent deux tiers de toutes les galaxies spirales (notre Galaxie elle-même est une spirale barrée). Les galaxies barrées ont une forme de boîte et de X mais on ne connaît pas encore comment ces renflements centraux se sont formés. On pense qu'ils sont apparus il y a 7 milliards d'années et que la formation est reliée à celle des barres, lesquelles sont âgées de 2 milliards d'années de plus. Les étoiles dans les barres orbitent autour du centre galactique de façon complexe et dynamique et présentent aussi un ensemble de mouvements verticaux qui contribuent vraisemblablement à la forme en boîte. Les études récentes permettent de penser que la présence d'une barre au coeur d'une galaxie pourrait bien être une étape habituelle de la formation des galaxies spirales et qu'elle pourrait indiquer que la galaxie a atteint la maturité. On pense aussi que les barres galactiques agissent comme un moyen d'apporter le gaz des bras spiraux au centre de la galaxie, ce qui augmente la formation d'étoiles (laquelle est toujours plus importante dans les bras spiraux que dans le renflement central). Un autre point important dans cette histoire des galaxies est que ce sont les fusions qui permettent la transition entre les galaxies spirales riches en gaz et remplies de jeunes étoiles bleues et les galaxies elliptiques -que les astronomes appellent les "red and dead" en anglais ("rouges et mortes") du fait de la luminosité rougeâtre de leurs étoiles vieillissantes. Le processus derrière cette transformation spectaculaire réside en la perte rapide du gaz froid, ce carbutant nécessaire à la formation d'étoiles nouvelles. En effet, les étoiles bleues, à vie courte, qui se forment du fait de la fusion de deux galaxies explosent rapidement en supernovas, lesquelles entament le déclin de la formation d'étoiles car elles déclenchent un flux rapide de gaz chaud qui commence de faire diminuer la réserve de gaz froid de la galaxie résultant de la fusion. Puis, ce sont les ondes de choc du trou noir supermassif qui finit le travail: il connaît une forte activité, déclenchée par l'afflux excessif de gas pendant la collision, et il déclenche deux jets de matière. Les ondes de choc de ces jets réchauffent et dispersent les réervoirs de gaz froid et empêche donc la formation d'étoiles et amènent donc la galaxie résultant de la fusion à se transformer en galaxie elliptique. Ces ondes de choc se déplacent à partir du centre de la galaxie à des vitesses proches de 3,2 millions de km/h (2 millions de miles/h) et elles atteignent les limites de la galaxie en 10 millions d'années. Un tel tarissement de la formation d'étoiles a probablement lieu, au total, en un milliard d'années seulement, ce qui n'est que peu comparé à la vie moyenne d'une grande galaxie, qui est de 10 milliards d'années. Les galaxies qui, dans les amas, ont été amenées, par la gravité, au centre de ces derniers, ont, elles, perdu leur gaz et elles ne participent plus à aucun processus de formation d'étoiles. Certaines ont même été complètement démembrées, répandant leurs étoiles et leur gaz dans l'espace intergalactique. La couleur est une façon d'apprécier l'âge d'une galaxie: les galaxies jeunes sont bleues du fait de la lumière énergétique qui émane de leur étoiles jeunes et massives; les galaxies anciennes, au contraire, sont de couleur rouge du fait de la lumière de leurs étoiles anciennes. Les amas de galaxies, aujourd'hui, contiennent entre des centaines et des milliers de galaxies, les températures dans les amas s'étageant de 10 à 100 millions de degrés. Les amas les plus massifs contiennent l'équivalent de millions de milliards de masses solaire. Des masses de gaz chaud, par ailleurs, baignent aux alentours de 14000 amas plus communs. Des interactions se produisent dans les amas: ainsi, la galaxie M87, dans l'amas de la Vierge, voit son trou noir supermassif contrôler l'évolution de la formation d'étoiles en même temps qu'il influence le gaz de l'amas. Le trou noir, à intervalles, éjecte une quantité énorme du gaz qui tombe de l'amas vers la galaxie, empêchant ainsi la formation de millions d'étoiles, et cette activité résonne aussi dans l'amas, ces éjections s'élevant dans le gaz plus froid qui compose la toile de fond de l'amas. D'une façon générale, le gaz de fond d'un amas de galaxies se refroidit et, se refroidissant, il gagne le centre des galaxies qui se trouvent dans l'amas (là, il continue de se refroidir et forme de nouvelles étoiles). Les fusions de galaxies continuent de se produire aujourd'hui, même entre galaxies matures, aboutissant à des galaxies qui peuvent être d'une taille 10 fois celle de la Galaxie. De vastes halos de gaz peuvent exister autour de galaxies spirales: des "cheminées", couloirs taillés dans la masse de la galaxie par des explosions de supernovas, permet au gaz d'atteindre le halo puis il retombe sur le disque, étant ainsi à l'origine d'une véritable "fontaine de jouvence" galactique. Les fusions de galaxies sont annoncés par l'apparition de ponts d'hydrogène entre les acteurs de la fusion; des queues gravitationnelles en marée, de gaz et d'étoiles, créés par les perturbations gravationnelles intenses, sont les précurseurs typiques d'une fusion. Les fusions peuvent être du type "riche en gaz" -amenant la formation d'étoiles- ou "pauvre en gaz" -ne déclenchant pas de formation d'étoiles. On voit encore, de nos jours, épisodiquement, des collisions entre galaxies naines, comme, par exemple, à 166 millions d'années-lumière de nous; cela donne l'occasion de mieux comprendre les très anciennes collisions qui formèrent les galaxies à partir de "briques" fondamentales. Un dernier point: les galaxies naines que l'on voit dans l'amas de la Vierge trouveraient leur origine il y a 6 milliards d'années. Les galaxies, en plus des étoiles, sont constituées aussi de gaz, qui permet la formation de ces étoiles. Le gaz se rassemble en nuages, dits nuages interstellaires (aussi: "nuages moléculaires", de l'anglais "molecular clouds"). Ces nuages, dans une galaxie, sont soumis à diverses forces: rotation de la galaxie, radiations et jets de particules des étoiles naissantes, champs magnétiques. Sans oublier l'effet, sur une galaxie, des jets polaires relativistes des trous noirs supermassifs les plus importants pour ce qui est de l'interaction entre une galaxie et son trou noir super-massif, les trous noirs galactiques de taille moyenne interagissent aussi avec la formation de leur galaxie: une partie des matériaux qui tombe vers le trou noir sont soufflés vers l'extérieur. Les jets jouent un rôle important mais encore mal compris dans la formation et l'évolution des galaxies, comme, par exemple, modifier, à intervalles, le taux de formation des étoiles. La vitesse de cette matière est alors de 1,6 millions de km/h (1 million de miles/h) et elle peut être transportée jusqu'aux alentours de 3000 années-lumière du centre de la galaxie. Ce vent galactique peut donc transporter suffisamment d'énergie, qui chauffe le gaz et supprime donc toute formation d'étoiles dans cette zone. Dans le futur, notre Galaxie pourrait bien connaître, lors d'une période d'activité du trou noir supermassif, une pareille activité et "éteindre" la formation d'étoiles dans la région centrale de notre galaxie spirale. Un mystérieux rayonnement infra-rouge venant de la Galaxie et d'autres galaxies avaient été découvert dans les années 1970 et 1980. Emanant des régions poussiéreuses, il est composé d'hydrocarbones aromatiques polycycliques (PAH en anglais, "polycyclic aromatic hydrocarbons"), de l'équivalent stellaire de la suie. Les PAH sont probablement produit par des étoiles géantes, riches en carbone. La poussière des galaxies, d'une façon générale, est essentiellement constituée de PAH (hydrocarbones aromatiques polycycliques", "polycyclic aromatic hydrocarbons" ou PAH en anglais). Le meilleur équivalent des PAH sur Terre est la suie

->Les barres des galaxies semblent bien être une autre façon qu'ont les galaxies d'évoluer à partir d'il y a 7 milliards d'années
L'apparition d'une barre dans une galaxie spirale semble bien être le signe de la maturité de celle-ci. On voit, en effet, que les spirales barrées sont bien moins nombreuses avant il y a 7 milliards d'années. Moins de 20% des galaxies, alors, ont une barre, contre 70% aujourd'hui. Il semble, par ailleurs, que les barres ne se forment que dans des galaxies de petite taille alors que, pour les galaxies de grande taille, le pourcentage de spirales barrées reste le même entre il y a 7 milliards d'années et maintenant. Cela pourrait bien être le signe qu'il y a deux façons pour les galaxies d'évoluer: les plus massives formeraient leurs étoiles tôt et vite puis se transformeraient en elliptiques; les plus petites formeraient les leurs à un rythme plus lent -en même temps qu'elles forment leur barre
La barre d'une galaxie se forme du fait que les orbites stellaires, dans la galaxie, deviennent instables et que, finalement, cette excentricité de l'orbite se transforme en une position fixe d'une partie des étoiles, ce qui forme la barre. La barre des spirales barrées semble être responsable également de l'afflux d'une grande masse de gaz vers le centre des galaxies. D'où un taux de formation des étoiles accru, la formation du renflement central et celle du trou noir galactique supermassif. Les barres pourraient bien ainsi ètre l'autre facteur essentiel de l'évolution des galaxies, avec les fusions. Notre Galaxie, elle, est une spirale barrée massive, dans laquelle la barre s'est formée tôt

->Les galaxies spirales deviennent des galaxies elliptiques du fait des interactions qui ont lieu dans les amas La moitié des galaxies de l'Univers, aujourd'hui, sont des galaxies elliptiques pauvres en gaz, qui forment peu d'étoiles. L'autre moitié continue d'être des galaxies spirales ou irrégulières, comportant beaucoup de gaz et avec un taux important de formation d'étoiles. Il semble probable que ce soit les interactions au sein des amas de galaxies qui soit responsable de cet état des choses. Il y a 7 milliards d'années, 1 galaxie sur 5 seulement était pauvre en gaz. Les spirales étant interagies par la gravité de leurs amas, leur gaz leur sont ainsi enlevés voire leurs étoiles (qui finissent errantes et dispersées dans l'amas). On pense que ces processus durent approximativement 1 milliard d'années, au terme desquels, les galaxies elliptiques finissent par se stabiliser près du centre des amas

->Les amas globulaires
L'effondrement des halos de matière noire au centre des amas de galaxies pourraient engendrer un taux plus élevé de formation des étoiles au sein des galaxies qui s'y trouvent -et donc moindre aux limites de l'amas. Cette activité produit également des amas globulaires. Les galaxies, par interaction, se "volent" leur amas globulaires entre elles et ceux-ci existent même autour des galaxies naines

D'autres données

• une étude récente, publiée dans le magazine scientifique "Nature" montre que la formation des étoiles a connu son pic 8,7 milliards d'années après le Big Bang, avec une différence entre les galaxies de masse faible (qui ont eu leur pic à 11,7 millards d'années) et celle de masse forte (dès 3,7 milliards d'années). Tout cela amène à penser que la formation des galaxies s'est prolongée dans le temps plus longtemps qu'on ne le pensait (on pensait que le pic de formation avait eu lieu à 5,7 milliards d'années). La revue révisait aussi, à la baisse, le rythme de formation: les galaxies se formaient alors à un rythme 10 fois le rythme d'aujourd'hui (contre les 15 à 20 fois estimés auparavant)
• pour ce qui est des collisions entre galaxies, les galaxies qui sont dans un processus de collision sont dites "galaxies infra-rouge lumineuses" (en anglais: "luminous infrared galaxies"); le résultat d'une collision, une galaxie géante est désigné sous les termes de "galaxie infra-rouge ultra-lumineuse" (en anglais: "ultra-luminous infrared galaxy" ou "Luminous Infrared Galaxies" (LIRG)), qui est des milliers de fois plus lumineuse dans l'infra-rouge que notre propre Galaxie
• on pense maintenant que les galaxies elliptiques géantes et naines sont équivalentes en termes de distribution et de formation de leurs étoiles
• les galaxies elliptiques semblent avoir moins de halos de matière noire; une explication pourrait en être qu'elles se regroupent souvent en amas, d'où que des collisions fréquentes pourraient détruire ces halos
• les preuves de l'accrétion de galaxies en fusion sur les elliptiques se voient mieux dans les rayons-X que dans le visible car les preuves dans le visible se fondent rapidement dans le fond des étoiles de la galaxie
• les processus d'accrétion rompent, par les marées gravitationnelles, les galaxies et les cannibalisent. Le mécanisme de fusion produit de longues traînées d'étoiles qui, à leur tour, permettent la naissance d'étoiles massives, à vie courte, qui se transforment rapidement en supernovas, trous noirs et étoiles à neutrons
• une étude détaillée est en cours, sur le long terme, de comment les amas de galaxies ont évolué depuis leurs plus lointaines origines jusqu'à aujourd'hui. Cela sera rendu possible par la combinaison de différentes longueurs d'ondes (ainsi le Hubble Telescope dans le visible, le Chandra Telescope dans les rayons-X, le "Very Large Telescope" pour les distances et la composition chimique, ou l'estimation dans le proche-infrarouge du rythme de formation des étoiles). Un exemple de l'impact des amas sur l'histoire des galaxies est que les collisions entre amas mêmes amène un déclin du nombre des galaxies spirales (comme, en effet, les galaxies spirales sont très nombreuses aux débuts de l'Univers, ce sont elles qui portent l'essentiel des conséquences de ces collisions)
• dans un accord assez paradoxal avec les débuts de l'action de l'énergie noire, on voit que les amas de galaxies, à partir d'il y a 5,5 milliards d'années, ne dépassent plus une certaine taille. L'énergie noire limiterait ainsi le pouvoir d'attraction gravitationnelle des amas
• sur la question de savoir combien de galaxies sont visibles dans l'Univers de nos jours, il se pourrait bien, selon une étude par l'ESO européen, au Chili, en 2010, qu'il faille multiplier le nombre actuellement connu par 10... Là où l'on observer 10 galaxies, il y en aurait en fait 100. Cela résulterait du fait que les galaxies, jusqu'à présent n'ont été comptées dans une très petite partie du spectre de l'hydrogène présent dans les galaxies, la "ligne Lyman-alpha". Certains, cependant, avaient fait observer que la ligne Lyman-alpha est entravée dans sa marche vers la Terre par les gaz et la poussière de l'espace extra-galactique. En observant, ainsi, une même partie du ciel dans la ligne Lyman-alpha et dans la ligne H-alpha de l'hydrogène, les astronomes ont vu que des galaxies qui sont visible dans la H-alpha ne le sont pas dans la Lyman-alpha. Aussi, cette augmentation brutale du nombre total de galaxies dans l'Univers pourrait donc amener à une remise en cause de certains modèles de l'Univers