Résumé
Dans ce premier cours, nous soulignons, par un bref rappel historique, que ce n’est qu’au XXe siècle que les astronomes ont pris conscience de l’existence des galaxies, ces mondes à part comme la nôtre, la Voie lactée. Auparavant, les galaxies apparaissaient à leurs yeux comme des nébuleuses, raison pour laquelle la galaxie d’Andromède a par exemple porté le nom de « nébuleuse d’Andromède ». Vers 1920, lors d’un débat entre Harlow Shapley et Heber Curtis, le premier soutient que les nébuleuses font partie de notre Galaxie, de même que les amas globulaires. La taille de la Voie lactée lui semble très grande (100kpc), et les étoiles dans les amas globulaires lui apparaissent géantes. Henrietta Leavitt a pourtant découvert en 1909 la relation période-luminosité des céphéides, et montré qu’il s’agit d’indicateurs de distance très intéressants. Vesto Slipher a également mesuré les vitesses des nébuleuses par effet Doppler : elles sont majoritairement en récession, mais cela doit être dû à la pression de radiation. Heber Curtis pense quant à lui que la taille de la Voie lactée est plutôt de l’ordre de 10kpc, et que les nébuleuses lointaines sont des galaxies extérieures à la nôtre. Edwin Hubble identifie des céphéides dans M31 et M33 : ce sont des galaxies composées aussi de milliards d’étoiles, et non pas de gaz. Elles sont distantes de ~ 1000kpc. Il interprète les vitesses positives comme une expansion de l’Univers en 1929.
La dynamique des galaxies est établie sur la gravité et l’hydrodynamique du gaz. Les étoiles constituent un milieu sans collision, et leur densité dans l’espace des phases est conservée. On peut définir des critères de stabilité (critère de Toomre), et déterminer quelles sont les ondes de densité spirales qui vont pouvoir se développer dans les disques, selon leur dispersion de vitesses. Des régions critiques sont celles des résonances de Lindblad, lorsqu’il existe un rapport rationnel entre période de rotation et oscillation épicyclique. Les amas globulaires sont des systèmes stellaires internes aux galaxies et ne possèdent pas de matière noire, de par leur formation. Ces amas sont des systèmes plus compacts que les galaxies à masse comparable, bien qu’il existe un endroit de continuité entre galaxies naines compactes et amas globulaires.
