La Voie lactée : Une galaxie déformée

Eldrich Rebello
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6.64

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

En 2019, les scientifiques ont découvert que notre galaxie, la Voie lactée, n’a pas la forme qu’ils croyaient. Comment les astronomes se servent-ils de la distance astronomique pour comprendre la forme des galaxies?

As-tu déjà observé le ciel une nuit sans lune et aperçu un ruban d’étoiles traversant la voûte céleste? Il s’agit de notre galaxie, la Voie lactée. La Terre, le Soleil et chacune des étoiles que tu peux voir font partie de la Voie lactée.

De la Terre, il nous est impossible de voir le pourtour de la Voie lactée. Pendant longtemps, les gens ont cru que la Voie lactée ressemblait à une crêpe. Mais les nouvelles données des astronomes viennent tordre — littéralement — l’apparence de notre galaxie!

Le savais-tu? 

En raison de la pollution lumineuse, plus du tiers des gens sur Terre ne peuvent plus voir la Voie lactée.

Vue de la Voie lactée par une nuit d’hiver
Vue de la Voie lactée par une nuit d’hiver (Source : Evgeni Tcherkasski - Pixabay).

Qu’est-ce qu’une galaxie?

Une galaxie est composée d’étoiles, de planètes et de nuages d’hydrogène gazeux. La plupart des galaxies comptent un nombre supérieur d’étoiles au centre et un nombre moindre aux extrémités. Plus une étoile est située près du centre d’une galaxie, plus elle est soumise à une force gravitationnelle élevée. La force gravitationnelle est la « colle » qui tient la galaxie ensemble. C’est la même force que celle qui fait tomber ton crayon au sol.

Où sommes-nous dans la Voie lactée?

Notre système solaire se trouve dans la ceinture d’Orion de la galaxie, une banlieue tranquille située à quelque 26 000 années-lumière du centre de la galaxie. Une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en une année. À la vitesse de la lumière, tu peux franchir la distance entre Halifax et Vancouver 48 fois en 1 seconde!

Quelle forme a la Voie lactée?

Savais-tu que les galaxies ont des formes variées? Elles peuvent être de type spiral ou elliptique (ovale). Si tu as déjà vu des photos prises au télescope d’autres galaxies, comme la galaxie d’Andromède, tu as sans doute remarqué leur centre lumineux. Les étoiles qui s’y trouvent sont à l’origine de cette brillance. Tu as peut-être aussi remarqué qu’elles ont la forme d’une crêpe.

La galaxie d’Andromède
La galaxie d’Andromède (Source : Adam Evans [CC BY 2.0] – Wikimedia Commons).Clique surce lien pour une version sans flash, avec fonction zoom de Wikimedia Toolfrage.

Si tu observes de près la Voie lactée avec un télescope, tu apercevras une bande d’étoiles avec une bosse au centre. Tu verras quelque chose de semblable si tu regardes une crêpe à partir du bord. Les astronomes ont mesuré la vitesse et la distance de plusieurs étoiles dans le but de découvrir la forme de ce disque. Ils ont constaté qu’il avait une forme spirale.

Illustration de la Voie lactée. Remarque sa forme spirale
Illustration de la Voie lactée. Remarque sa forme spirale (Source : NASA/JPL-Caltech/ESO/R - Wikimedia Commons).

 

Imagine que tu essaies de dessiner les contours du Canada en te basant sur ce que tu observes par la fenêtre de ta chambre. Tu aurais beaucoup de mal, parce que tu n’en vois qu’une toute petite partie! Les astronomes qui tentent de cartographier la Voie lactée rencontrent un problème semblable. Il est difficile de faire la lumière sur la forme de la Voie lactée, car le Soleil, la Terre et chacune de nos sondes spatiales se trouvent à l’intérieur de celle-ci.

Imagine maintenant que tu es au sommet d’une montagne et que tu aperçois des phares au loin. Tu pourrais utiliser les phares qui longent la côte canadienne pour dessiner la forme du Canada. Évidemment, ton dessin ne serait pas tout à fait exact. Tout d’abord, tu ne pourrais pas voir chaque phare d’où tu te trouves. De plus, il pourrait y avoir des emplacements sans phare. Pour ces endroits, il te faudrait deviner quelle pourrait en être leur forme.

Les astronomes font appel à une technique semblable pour découvrir la forme de la Voie lactée. Bien sûr, ils n’utilisent pas de phares. Ils se servent d’étoiles spéciales appelées étoiles variables céphéides. Les astronomes ont calculé la distance de 1 339 céphéides. Puis, ils ont représenté l’emplacement et la distance de ces étoiles sur une carte en trois dimensions.

Cette carte en trois dimensions montre que notre Voie lactée n’est pas plate comme une crêpe! Il s’agit plutôt d’une crêpe spirale dont une extrémité remonte, tandis que l’extrémité opposée descend. Plus on s’éloigne du centre, plus elle s’enroule. Clique sur ce lien pour voir une animation.
 

La distribution tridimensionnelle des étoiles variables céphéides sur le disque déformé de la Voie lactée
La distribution tridimensionnelle des étoiles variables céphéides sur le disque déformé de la Voie lactée (les points en rouge et en bleu) avec le soleil en son centre (reproduit avec l’autorisation de Springer Nature: Nature Astronomy (carte tridimensionnelle intuitive de la précession de la galaxie déformée montrant les céphéides classiques, Xiaodian Chen et al)), (2019).

La forme de la Voie lactée est-elle unique?

Les astronomes savent que d’autres galaxies ont un motif de spirale tordue, bien qu’il semble que ce soit rare. Ils ignorent cependant la raison de cette forme, mais ont quelques idées. C’est peut-être en raison de l’attrait exercé par les étoiles situées au centre de notre galaxie. Ou peut-être que d’autres galaxies plus petites ont fusionné avec la nôtre par le passé.

Les astronomes viennent de franchir un tournant dans notre compréhension de la forme de la Voie lactée. À mesure que les astronomes continuent de cartographier les étoiles céphéides, ils pourraient aussi donner une nouvelle « tournure » à notre Voie lactée!

Amorces de discussion

Faire des liens

  • As-tu déjà observé la Voie lactée par une nuit dégagée? Quelle semblait être sa forme?
  • Est-ce que tu aimerais être astronome? Pourquoi ou pourquoi pas?

Faire des liens

  • As-tu déjà observé la Voie lactée par une nuit dégagée? Quelle semblait être sa forme?
  • Est-ce que tu aimerais être astronome? Pourquoi ou pourquoi pas?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Quels facteurs environnementaux peuvent influencer notre observation de l’espace à partir de la Terre?
  • Les villes devraient-elles limiter la quantité de lumière émise la nuit? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Selon toi, est-il important de créer des réserves de ciel nocturne, soit des zones restreignant la pollution lumineuse? Pourquoi les réserves de ciel nocturne sont-elles créées?

Relier la science et la technologie à la société et à l'environnement

  • Quels facteurs environnementaux peuvent influencer notre observation de l’espace à partir de la Terre?
  • Les villes devraient-elles limiter la quantité de lumière émise la nuit? Pourquoi ou pourquoi pas?
  • Selon toi, est-il important de créer des réserves de ciel nocturne, soit des zones restreignant la pollution lumineuse? Pourquoi les réserves de ciel nocturne sont-elles créées?

Explorer les concepts

  • Définis une année-lumière.
  • Qu’est-ce que la Voie lactée? Où se situe la Terre dans la Voie lactée?
  • Que sont les étoiles variables céphéides? Comment s’en sert-on pour étudier la Voie lactée?
  • Quelle est la forme de la Voie lactée? Quelle est l’influence de la force gravitationnelle sur la forme qu’a la Voie lactée?
  • Quelles sont les théories des astronomes concernant la forme tordue de la Voie lactée?
  • Effectue des recherches plus poussées afin d’explorer les différentes formes qu’ont les galaxies.

Explorer les concepts

  • Définis une année-lumière.
  • Qu’est-ce que la Voie lactée? Où se situe la Terre dans la Voie lactée?
  • Que sont les étoiles variables céphéides? Comment s’en sert-on pour étudier la Voie lactée?
  • Quelle est la forme de la Voie lactée? Quelle est l’influence de la force gravitationnelle sur la forme qu’a la Voie lactée?
  • Quelles sont les théories des astronomes concernant la forme tordue de la Voie lactée?
  • Effectue des recherches plus poussées afin d’explorer les différentes formes qu’ont les galaxies.

Nature de la science et de la technologie

  • Pourquoi les mathématiques sont-elles essentielles pour étudier la Voie lactée et les autres galaxies?

Nature de la science et de la technologie

  • Pourquoi les mathématiques sont-elles essentielles pour étudier la Voie lactée et les autres galaxies?

Littératie médiatique

  • Dans quels médias entends-tu parler le plus des galaxies? Donne des exemples précis. De quelle façon ces médias ont-ils façonné tes idées et ta compréhension des galaxies?

Littératie médiatique

  • Dans quels médias entends-tu parler le plus des galaxies? Donne des exemples précis. De quelle façon ces médias ont-ils façonné tes idées et ta compréhension des galaxies?

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article peut être utilisé pour l’enseignement des sciences de l’espace et les activités d’apprentissage sur les galaxies et les distances astronomiques pour les élèves de la 6e et la 9e année (2e secondaire). Les concepts abordés comprennent la Voie lactée, la galaxie, les étoiles, les planètes, l’hydrogène gazeux, la force gravitationnelle, le système solaire, l’année-lumière, la forme elliptique, la galaxie d’Andromède et les étoiles variables céphéides.
  • Après la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves de remplir la stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour renforcer ce qu’ils ont appris sur le concept des galaxies. Une fiche reproductible prête à l’emploi de cette stratégie est disponible en formats [Google doc] et [.pdf].
  • Les enseignants peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage Relation question-réponse pour donner aux élèves l’occasion de formuler des questions sur la façon dont les scientifiques parviennent à calculer la forme de la Voie lactée. Des exemples de questions pour cette stratégie pourraient comprendre :
    • Trouver : Que cherchaient les astronomes pour les aider à calculer la forme de la Voie lactée?
    • Expliquer : Comment les astronomes ont-ils déterminé la forme de la Voie lactée?
    • Rapprochement : Est-ce que d’autres galaxies connues ont la même forme que la Voie lactée?
    • Rapport avec moi : Que ressens-tu lorsque tu lèves les yeux au ciel par une nuit étoilée?
  • Une fiche reproductible prête à l’emploi de la stratégie Relation question-réponse est disponible en formats [Google doc] et [.pdf].

Suggestions pour l'enseignement

  • Cet article peut être utilisé pour l’enseignement des sciences de l’espace et les activités d’apprentissage sur les galaxies et les distances astronomiques pour les élèves de la 6e et la 9e année (2e secondaire). Les concepts abordés comprennent la Voie lactée, la galaxie, les étoiles, les planètes, l’hydrogène gazeux, la force gravitationnelle, le système solaire, l’année-lumière, la forme elliptique, la galaxie d’Andromède et les étoiles variables céphéides.
  • Après la lecture de cet article, les enseignants pourraient demander aux élèves de remplir la stratégie d’apprentissage Toile de définition du concept pour renforcer ce qu’ils ont appris sur le concept des galaxies. Une fiche reproductible prête à l’emploi de cette stratégie est disponible en formats [Google doc] et [.pdf].
  • Les enseignants peuvent utiliser la stratégie d’apprentissage Relation question-réponse pour donner aux élèves l’occasion de formuler des questions sur la façon dont les scientifiques parviennent à calculer la forme de la Voie lactée. Des exemples de questions pour cette stratégie pourraient comprendre :
    • Trouver : Que cherchaient les astronomes pour les aider à calculer la forme de la Voie lactée?
    • Expliquer : Comment les astronomes ont-ils déterminé la forme de la Voie lactée?
    • Rapprochement : Est-ce que d’autres galaxies connues ont la même forme que la Voie lactée?
    • Rapport avec moi : Que ressens-tu lorsque tu lèves les yeux au ciel par une nuit étoilée?
  • Une fiche reproductible prête à l’emploi de la stratégie Relation question-réponse est disponible en formats [Google doc] et [.pdf].

En savoir plus

La Voie Lactee Parcs Ontario (2019) - intéressant même s'ils ne savaient pas à l'époque que notre galaxie est tordue

Références

Chen, X., Wang, S., Deng, L., de Grijs, R., Liu, C., Tian, H. (2019). An intuitive 3D map of the galactic warp’s precession traced by classical cepheids. Nature Astronomy, 3, 320-325. DOI: 10.1038/s41550-018-0686-7