Les Galaxies
La classification Hubble
Les principaux types morphologiques sont représentés par le célèbre « diapason » de Hubble (Fig. 1) ; les galaxies sont séparées en trois classes principales : elliptiques (E), spirales (S) et irrégulières (Irr). Les spirales se composent de deux familles, les spirales dites « normales » et les spirales barrées (SB), et se divisent en outre en types Sa, Sb, Se qui correspondent plutôt à une évolution graduelle qu'à des classes bien distinctes. De gauche à droite sur le diapason de Hubble, le disque, inexistant, dans les elliptiques, prend de l'importance, de même que la proportion de gaz et d'étoiles jeunes.
Les galaxies elliptiques (E) nous apparaissent en projection sur le ciel comme des ellipses plus ou moins aplaties. Le rapport des axes (a et b) varie de 1 à 3 seulement, l'ellipticité e définie par e = (a - b)/a (a étant le grand axe) varie donc de 0 à 0.7. Les elliptiques sont classées par un indice qui vaut 10 e (de EO à E7). Les effets de projection sont un fort handicap pour connaître la forme intrinsèque de ces galaxies. Pendant très longtemps, l'hypothèse d'un ellipsoïde de révolution fut admise sans problème, l'aplatissement des galaxies elliptiques étant attribué à la rotation. Cette hypothèse est remise en cause aujourd'hui. Si une galaxie EO peut être une galaxie très aplatie mais vue de face, une galaxie E7 ne peut, en revanche, être vue que par la tranche : il n'existe pas en effet de galaxies plus aplaties que E7. Les galaxies les plus massives que l'on connaisse sont des galaxies elliptiques, qui sont en grande majorité plus lumineuses que les spirales. Il existe pourtant une classe de galaxies elliptiques naines, en général compagnons de galaxies plus grosses. Les galaxies elliptiques n'ont pas de sous-structures particulières. Leur luminosité décroît très régulièrement du centre au bord. Elles ne possèdent pas ou très peu de gaz, mais des étoiles de population relativement vieille, et des amas globulaires, qui ne sont que de très vieux amas d'étoiles.
Les galaxies spirales (S) doivent leur appellation bien sûr aux spectaculaires bras spiraux qui s'enroulent dans un disque très mince ; ces structures sont très aplaties comme le montrent certains spécimens vus par la tranche : leur rapport d'axes peut aller jusqu'à 100 ! Les bras spiraux rejoignent vers le centre le composant le plus brillant, le bulbe, dont la forme est ellipsoïdale et bien moins aplatie que le disque ; c'est le bulbe qui est à l'origine de la forme renflée au centre d'une galaxie spirale vue de profil. Dans les galaxies spirales barrées (SB), le noyau est traversé par une barre d'étoiles, aux extrémités de laquelle débutent les bras spiraux. Ceux-ci sont en général moins enroulés : on parle alors de spirale ouverte. La séquence de Hubble, de Sa (dit type « précoce » ou « early ») vers Se (type plus « tardif» ou « late »), est constituée selon plusieurs critères :
1) importance relative du bulbe, le rapport de taille bulbe/disque décroît régulièrement de Sa vers Se
2) résolution et proéminence des bras spiraux
3) présence de gaz et de poussières, de régions ionisées et d'étoiles jeunes, qui s'accroît régulièrement vers Se.
Depuis la classification originale de Hubble, la séquence après Se a été étendue à Sd et Sm par De Vaucouleurs en 1959 et rejoint la classe des irrégulières Irr ; celles-ci n'ont pas de structure bien définie, elles sont amorphes (pas de noyau, pas de disque, pas de bras spiraux...), mais contiennent beaucoup de gaz et sont souvent le siège de flambées importantes de formation d'étoiles. Les galaxies Sm ou SBm qui forment la transition sont des objets de type magellanique (les prototypes sont les Petit et Grand Nuages de Magellan).
La transition entre elliptiques et spirales est assurée par les galaxies SO appelées lenticulaires : ce sont des galaxies à très gros bulbe central, possédant aussi un disque aplati d'étoiles ; ce disque les distingue des elliptiques, mais ne contient ni bras spiraux et, en général, ni gaz, ni poussières. Le mérite de la classification de Hubble est d'effacer ou de laisser au second plan la multitude de détails superficiels qui fait la complexité des galaxies (bien plus difficiles à classifier que les étoiles, par exemple), et d'en retenir les traits principaux : ainsi toute galaxie entre dans la classification, même lorsqu'elle est perturbée par une interaction avec des compagnons (l'adjectif « peculiar » pour particulière (Pec) vient alors s'ajouter à leur type, ex. : Sa Pec). Environ 2/3 des galaxies sont spirales. l'autre tiers se partageant essentiellement entre 10 % d'elliptiques et 20 % de lenticulaires. Les irrégulières ne constituent que quelques pour cent. Ces populations sont toutefois des moyennes, car nous verrons que les pourcentages relatifs de S, E et SO varient selon l'environnement selon qu'il s'agit de groupes ou amas riches de galaxies, ou bien de galaxies isolées, dites galaxies de champ).
La figure ci-dessus représente les principaux types morphologiques avec le «diapason» classique de Hubble. De gauche à droite, le disque (inexistant dans les elliptiques) prend de l'importance, de même que la proportion d'étoiles jeunes et de gaz. Les lenticulaires (SO) qui possèdent un disque mais très peu de gaz sont à la charnière des systèmes sphéroïdaux, et des galaxies spirales proprement dites. Les deux branches du diapason sont d'un côté les spirales normales, de l'autre les spirales barrées.