La matière n'est pas répartie uniformément dans l'univers. Elle se regroupe dans de
grands îlots appelés galaxie. Les premières galaxies sont apparues il y a environ 1 milliard d'années après le big-bang. Les galaxies se forment grâce à l'action de la gravité (qui permet la cohésion de la matière donc "l'unité" des galaxies). Nous verrons que les galaxies ont une forme structurée. Il existe trois principaux types de galaxie différentes, notamment différentiés par leur composition et leur forme. Il se forme, toujours grâce à l'action de la gravité, des amas et des superamas de galaxies.
Structure des galaxies.
Les galaxies sont principalement constituées d'étoiles (donc de gaz);de poussières et de matière noire. Cette dernière reste énigmatique au yeux des astrophysiciens. Etant invisible, l'étude de cette "matière exotique" se révèle ardue. La masse d'une galaxie est, à 80%, composée de matière noire. On comprend alors le rôle crucial de cette dernière qui permet " l'unité" des galaxies. La détection de matière noire est possible lorsque le "nuage" est suffisamment dense pour empêcher la lumière de le traverser. Les galaxies sont structurées d'un bulbe au centre et de longs bras en spirale aux extrémités. Le bulbe est très dense est regroupe les étoiles les plus anciennes et les moins lumineuses. Le bulbe abrite de10 000 à 1 million d'étoiles. Une galaxie possède environ 200 milliards d'étoiles (l'univers compte encore plus de galaxies). Les galaxies effectuent un mouvement de rotation autour du centre. Ce mouvement est à l'origine de la création des bras spiraux. La vitesse de rotation varie selon les galaxies. Dans les bras se situent les grands nuages interstellaires (composés principalement d'hydrogène), c'est là que les étoiles de tous types se forment. Dans les bras, la vitesse des étoiles est la même quelle que soit leur position dans le disque. Donc les étoiles proches du bulbe effectuent une révolution complète plus rapidement que les étoiles situées loin du centre. Ce qui explique que les bras présentent une forme enroulée.
Les étoiles les plus jeunes ou de courte durée de vie (géantes bleues) se situent le long des bras spiraux dans des secteurs appelés amas stellaires ouverts. Tandis que les étoiles qui vivent plus longtemps (les rouges en particulier) sont concentrées dans le bulbe des galaxies.
La voie lactée
La voie lactée a un diamètre de 100 000 années lumières (l'année lumière est une unité de distance couramment utilisée en astrophysique. Elle correspond à la distance parcourue par la lumière en une année). Une épaisseur de1 000 a.l dans les bras et 5 000 a.l au niveau du bulbe. La vitesse de rotation de ses bras spiraux est de 250 Km/s. Elle possède quatre bras spiraux:: le bras externe dénommé Persée, le bras interne dénommé cygne, le bras intermédiaire dénommé écu-croix et le bras spiral majeur dénommé sagittaire-carène.
Le soleil est situé sur cette dernière à 28 000 a.l du centre. 150 milliards d'étoiles la composent. Dans le bulbe , recèle un objet compact de forte masse qui pourrait être un trou noir géant.
Les trois grands types de galaxie.
Il existe trois grandes "familles" de galaxies différentiées par leur taille; composition et leur forme.
Tout d'abord, les galaxies dites spirales. Elles représenteraient environ 80 % de la totalité des galaxies. Elles sont essentiellement constituées de gaz. La matière qui la compose se situe principalement dans les bras de la galaxie. Ces galaxies possèdent un grand nombre de géantes bleues conçues grâce à la présence abondante de matière noire.
Le second grand type est appelé : elliptique Elles représentent 15 % des galaxies. On ne trouve presque pas de gaz ou de poussière dans ce type de galaxies. Leur taille est très variable , les plus étendues font partie des galaxies les plus grandes de l'univers. Ne possédant que très peu de gaz , elles ont beaucoup de vieilles étoiles et peu d'étoiles jeunes qui consomment énormément de gaz (comme les géantes bleues).
Enfin, les galaxies irrégulières, qui ne constitueraient que 5 % des galaxies, sont les plus petites galaxies qui existent (Les plus grandes d'entres elles ne dépassent pas les 35 000 a.l). Les étoiles qui la constituent sont principalement bleues. Les galaxies irrégulières ne possèdent pas une structure organisée comme les deux autres types. Elles sont formées par des étoiles jeunes ;on en déduit qu'elles contiennent beaucoup de gaz et de poussière.
Amas et collisions de galaxies
L'univers, est composé de centaines de milliards de galaxies. Grâce a l'action de la gravité (qui est également à l'origine de la formation des galaxies), les Galaxies sont attirées les unes vers les autres. Il se forme alors des grands groupes de galaxies appelés amas (voir superamas pour les endroits qui regroupent plusieurs amas!!). Parfois, l'action de la gravité sur les galaxies entraîne des collisions de galaxies.
Les amas observés sont généralement très éloignés de nous. De telle manière que nous les voyons tels qu'ils étaient il y a des millions voir des milliards d'années (le temps que la lumière parvienne jusqu'à nous). Or, selon la théorie du big-bang, l'univers est de moins en moins dense. Les collisions observées avaient donc lieu a une époque ou l'univers était plus dense que de nos jours. La matière étant plus regroupée, les collision étaient, par conséquent plus nombreuses dans le passé qu'actuellement. L'amas MS 1054-03 est situé à 8 milliards d' a.l. Les galaxies observées dans cet amas sont vues comme elles étaient il y a 8 milliards d'années. La collision ci-dessous est terminée depuis déjà quelques milliards d'années.
La voie lactée et la galaxie d'Andromède sont les deux galaxies les plus grosses de notre amas. Elles sont inexorablement attirées l'une vers l'autre à la vitesse de 275 Km/s. A cette vitesse, les deux galaxies entrerons en collision dans 4 à 5 milliards d'années.