No. 16

(English version at the end)

Galaxie spirale NGC 3344

Cette image de la galaxie spirale NGC 3344, située à environ 20 millions d'années-lumière de la Terre, est un composite d'images prises à travers sept filtres différents. Ils couvrent les longueurs d'onde de l'ultraviolet à l'optique et au proche infrarouge. Ensemble, ils créent une image détaillée de la galaxie et permettent aux astronomes d’étudier de nombreux aspects de celle-ci. Crédit: ESA / Hubble, NASA

A. Une définition d’une galaxie spirale

Une galaxie spirale est généralement un ensemble comprenant jusqu'à plusieurs centaines de milliards d'étoiles. Elles adoptent la forme aplatie d'un disque, avec un renflement central sphérique lumineux appelé le bulbe. Elles contiennent également, et de façon variable, des quantités importantes de gaz et de poussières. Autour du disque, il existe également un halo moins dense et plus discret, aux étoiles fréquemment regroupées en amas globulaires.

Le disque contient typiquement plusieurs bras lumineux, où se trouvent les étoiles les plus jeunes et les plus lumineuses. Ces bras s'enroulent autour du centre en formant une spirale, donnant leur nom aux galaxies.

B. L’évolution d’une galaxie

L'étude de la formation et de l'évolution des galaxies concerne les processus qui ont formé un univers hétérogène à partir d'un début homogène, la formation des premières galaxies, l'évolution de celles-ci dans le temps et les processus qui ont généré la variété de structures observées dans les galaxies voisines. 

On suppose que la formation de galaxies se produirait à partir de théories sur la formation de structures, à la suite de minuscules fluctuations quantiques au lendemain du Big Bang. Le modèle le plus simple, généralement en accord avec les phénomènes observés, est le modèle Lambda-CDM, c'est-à-dire que le regroupement et la fusion permettent aux galaxies d'accumuler de la masse, déterminant à la fois leur forme et leur structure.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Galaxie_spirale

C. Un doute qui persiste

À partir de ces bribes d’informations ci-haut, nous pouvons assumer que les galaxies ont pris forme peu après le Big Bang et qu’elles n’ont cessé d’évoluer. On dit que la plupart des galaxies adoptent une forme spirale, ce qui laisse croire qu’elles auraient le même âge.

Mais, nul besoin d’un doctorat en physique pour faire des commentaires sur les galaxies, surtout depuis que le télescope Hubble nous a inondés de photos aussi magnifiques qu’intriguantes. Ils sont nombreux les experts à dire qu’ils ne comprennent plus rien au fonctionnement de l’univers. Avant les permiers résultats du télescope Hubble (1993), on croyait qu’il existait environ 1 300 galaxies. Maintenant, on parle plutôt de milliards de galaxies composées de milliards d’étoiles.

Cette forme spirale m’intrigue, comme vous d’ailleurs. Je m’intéresse aux galaxies sous l’angle de la gravité qui, je crois, a permis la formation des galaxies et du reste de l’univers et qui permet toujours son fonctionnement actuel. Il ne peut y avoir des lois physiques différentes à différentes étapes de la formation de l’univers.

Par conséquent, j’entretiens toujours de sérieux doutes quant à la théorie Espace-Temps (Space-Time), surtout parce que le Temps est un concept abstrait qui n’interagit d’aucune façon avec l’espace. J’endosse cette conception générale des physiciens à cet égard. Pourtant, la théorie espace-temps semble la meilleure explication contemporaine du fonctionnement de l’univers. Je vous mets au défi de trouver un expert qui est capable de lier cette théorie avec des conséquences telles que les galaxies.

D. Partons d’un exemple

Prenons l’exemple fictif suivant. Un extratrestre tout juste arrivé sur la Terre formule une équation pour expliquer la puissance du moteur d’une automobile. Il incorpore plusieurs facteurs dans son équation, surtout le poids de l’auto. Cependant, ce poids est celui de l’auto au point mort, 1 525 kg, par exemple. Il oublie de calculer ce poids en fonction du fait que l’auto porte sur des roues et que ce poids est beaucoup moindre ainsi. Le moteur n’a pas besoin de générer autant d’énergie que si l’auto n’avait pas de roues.

Je me demande si nous ne faisons pas une erreur semblable lorsque vient le temps de calculer la puissance de la gravité pour expliquer le fonctionnement d’une galaxie.

E. Ma vision d’une galaxie

Au départ, la galaxie était un « nuage » de poussières et de gaz et d’autres matières qui possédaient déjà cette capacité d’attraction : de la gravité. Avec le temps, il s’est formé une masse autour d’un seul endroit, d’un seul objet plus massif. Et là, la gravité a augmenté de façon considérable au point que cette masse au centre a été écrasée. Curieusement, il ne semble pas exister une galaxie avec deux centres. La concentration de matière au centre a accru aussi la pression et ainsi amené la galaxie en formation à pivoter au point de détruire la masse au centre pour laisser place à un Trou noir. La vitesse de rotation dans le Trou noir atteint au moins la vitesse de la lumière, mais la galaxie est loin de pivoter à cette vitesse : aucun comparaison. C’est une sorte de tornade au centre qui affecte surtout l’environnement immédiat.

Or, s’il n’y a pas de masse au centre, mais plutôt un Trou noir, donc une absence de masse, d’où provient la gravité qui maintient la galaxie dans un ensemble unique au lieu que les étoiles se dispersent ? Il y a plus. Les étoiles à la périphérie de la galaxie pivotent à la même vitesse que celles aux abords du centre . Comme casse-tête, il est difficile de trouver mieux !

(1) Les galaxies sont en mouvement. Elles flottent, pour ainsi dire, dans l’espace.

(2) Les galaxies s’éloignent les unes des autres de façon proportionnelles.

(3) Des galaxies s’éloignent plus rapidement que d’autres. Je fais le pari que cette vitesse de toutes les galaxies a été acquise au Big Bang. Donc, certaines matières ont été propulsées avec plus de force que d’autres.

(4) L’espace étant un vacuum, aucun obstacle (à part la gravité...) n’a ralenti leur vitesse individuelle.

(5) Les systèmes solaires à l’intérieur d’une galaxie comme la nôtre opèrent selon une force de gravité plus importante que la gravité générée par le centre de la galaxie. Nos planètes pivotent autour de notre Soleil à des vitesses variables en fonction de divers facteurs.

Une année-lumière représente 9 461 000 000 kms. Notre système solaire se situe à environ 26 000 années-lumière du centre de notre galaxie, la Voie Lactée, dont le diamètre approche 106 années-lumière. Bref, nous sommes énormément plus près du centre que de la périphérie de notre galaxie. Une seule année-lumière, c’est déjà énorme, pour ne pas dire astronomique. Comment croire que la gravité à elle seule soit responsable d’une structure aussi étendue ? Pourquoi pas ?

F. La forme spirale : une forme intriguante et révélatrice

Comment la forme spirale de la plupart des galaxies peut-elle nous aider à croire que la gravité joue un rôle prépondérant dans le fonctionnement d’une galaxie ?

(1)   La forme spirale peut indiquer que la galaxie est plus âgée que quelques autres qui se seraient formées longtemps après, suite à l’écrasement d’une galaxie précédente. Les jeunes galaxies n’auraient donc pas une forme spirale (hypothèse).

(2)   Les tentacules d’une galaxie spirale se formeraient parce que la gravité environnante est plus importante que la gravité provenant du centre de la galaxie.

(3)   Les tentacules ont pu être droites au début pour se recroqueviller à la longue à cause d’une quelconque différence de puissance du centre en s’éloignant vers la périphérie de la galaxie.

(4)   Cette hypothèse laisse croire qu’à la longue, le centre de la galaxie finira par racoller les tentacules en une seule masse, augmentant ainsi la pression autour du centre et la taille du Trou noir.

G. Qu’en est-il de la théorie Espace-Temps ?

La théorie Espace-Temps prédit que tout objet passant dans l’environnement d’un autre plus massif sera attiré vers ce dernier. Cette théorie précise qu’un objet modifie l’espace environnant, donc que l’espace est une subtance quelconque. À ce jour, on ne trouve aucune trace de cette soi-disant substance. Rien ne démontre qu’une matière noire soit responsable du fonctionnement de l’univers parce qu'on en trouve aucune trace.

Force est d’admettre, par contre, que la théorie Espace-Temps peut expliquer la formation des tentacules.

Ce qui n’est pas expliquer clairement par cette théorie d’Albert Einstein, c’est de quelle façon un objet céleste modifie l’espace environnant. Une pierre au fond d’une rivière ajoute de la pression sur l’eau. La même pierre au sec sur terre ajoute de la pression sur l’atmosphère. Donc, un objet qui passe aux abords d’un autre objet plus massif est attiré par une pression accrue autour de lui, et non par sa gravité, selon cette théorie.

Einstein avait prédit qu’un faisceau de lumière passant près d’une planète dévirait de sa trajectoire, comme dans le cas d’une éclipse. Les observations ont démontré qu’il avait vu juste. Certains experts croient qu’il s’agit plutôt de l’attraction causée par la gravité de la planète. Bref, il est difficile de dissocier ces deux facteurs.

On reste perplexe devant le fait qu’Albert Einstein a toujours prétendu que l’espace était un vacuum, à moins d’avis contraire. Sa théorie Espace-temps va à l’encontre de sa croyance. Il existe bien des théories sur le fonctionnement de l’univers qui paraissent alléchantes, mais on ne peut vraiment mener une expérience dite scientifique pour les vérifier.

H. Un principe de base qui pourrait être biaisant

Serions-nous aussi biaisés par la croyance qui stipule que la gravité est une force faible de l’univers ? Je crois que oui. Elle est faible par rapport à quelle autre force de l’univers ?

La Terre se déplace autour du Soleil à plus de 107 000 km/h, à près de 150 000 000 km de distance. Combien pèse notre Terre ? La Terre pèse très exactement 5 972 quintillions de tonnes métriques. Ou, si vous préférez, 5,972... suivi de 18 zéros. Comment croire qu’une telle masse circulant à une telle vitesse conserve sa trajectoire à cause de la même gravité qui entraîne vers le sol une feuille d’arbre à l’automne ?

I. Quelques objections à la théorie Espace-Temps

(1)   Curieusement, les planètes ne circulent pas autour de leur soleil selon une trajectoire circulaire parfaite, mais plutôt éliptique. Selon la théorie Espace-Temps, un soleil devrait agir de façon circulaire sur son espace environnant. Ça ne semble pas être le cas. Par contre, la gravité du soleil à elle seule peut expliquer et permettre de telles variations.

(2)   D’aucune façon le temps n’est relié à l’espace. Certes l,univers d’aujourd’hui est différent de celui d’autrefois, mais ce n’est pas le temps qui a causé cette évolution.

(3)   Certains prétendent que l’univers s’agrandit parce que l’espace s’agrandit, ce qui enraînerait un éloignement des galaxies, par exemple. Où était situé cett espace lors du Big Bang ? Si l’espace était concentré et qu’il agit toujours sur la matière visible, quelle était son influence au cours et après le Big Bang ?

(4)   Deux soleils de même taille, mais de masses différentes ne devraient pas modifier l’espace de manière différente. Pourtant, un objet qui passerait à la même distance de chacun d’eux réagirait de manière tout à fait différente. Pour le soleil massif, l’objet risquerait de se faire attraper, tandis que pour un soleil peu massif, il pourrait s’en éloigner.

(5)   Un objet passant dans l’environnement d’un soleil devrait, selon la théorie Espace-Temps, suivre la courbure de l’espace. Il semble plutôt que l’objet soit de plus en plus attiré vers le soleil à mesure qu’il s’en approche. Cet objet devrait suivre une trajectoire avant d’atteindre le soleil, continuer cette trajectoire à l’endroit où il s’en approche plus et continuer cette trajectoire par après, bien sûr s’il n’est pas happé par le soleil. Curieusement, même si l’espace de chaque objet est différent, l’objet qui passe se comporte de manière différente. Ce serait davantage le cas si les objets qui passent seraient de masses différentes eux aussi.

 (English version)

 

Spiral galaxy NGC 3344

This image of the spiral galaxy NGC 3344, located about 20 million light-years from Earth, is a composite of images taken through seven different filters. They cover wavelengths from the ultraviolet to the optical and the near-infrared. Together they create a detailed picture of the galaxy and allow astronomers to study many different aspects of it. Credit: ESA/Hubble, NASA

The disk typically contains several light arms, where are the youngest and brightest stars. These arms wrap around the center forming a spiral, giving their name to galaxies.

A. A definition of a spiral galaxy

A spiral galaxy is usually a set of up to several hundred billion stars. They adopt the flattened shape of a disc, with a bright spherical central bulge called the bulb. They also contain, and vary, large amounts of gas and dust. Around the disc, there is also a less dense and more discreet halo, with stars frequently grouped into globular clusters.

The disk typically contains several light arms, where are the youngest and brightest stars. These arms wrap around the center forming a spiral, giving their name to galaxies.

This image of the spiral galaxy NGC 3344, located about 20 million light-years from Earth, is a composite of images taken through seven different filters. They cover wavelengths from ultraviolet to optics and near infrared. Together, they create a detailed picture of the galaxy and allow astronomers to study many aspects of it. Credit: ESA / Hubble, NASA

B. The evolution of a galaxy

The study of the formation and evolution of galaxies concerns the processes that formed a heterogeneous universe from a homogeneous beginning, the formation of the first galaxies, the evolution of these galaxies over time and the processes that generated the variety of structures observed in neighboring galaxies. It is assumed that galaxy formation would occur from theories of structure formation, following tiny quantum fluctuations in the aftermath of the Big Bang. The simplest model, generally in agreement with the phenomena observed, is the Lambda-CDM model, that is to say that the regrouping and the fusion allow the galaxies to accumulate mass, determining at the same time their shape and their structure.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Galaxie_spirale

C. A doubt that persists

From these bits of information above, we can assume that galaxies took shape shortly after the Big Bang and that they have continued to evolve. Most of the galaxies are said to have a spiral shape, suggesting that they would be the same age.

But there's no need for a doctorate in physics to comment on galaxies, especially since the Hubble telescope has flooded us with beautiful, intriguing photos. Many experts say they do not understand anything anymore about how the universe works. Before the first results of the Hubble telescope (1993), it was believed that there were about 1,300 galaxies. Now we are talking about billions of galaxies made up of billions of stars.

This spiral form intrigues me, as you do. I am interested in galaxies from the angle of gravity which, I believe, has allowed the formation of galaxies and the rest of the universe and still allows the current functioning of the universe. There can be no different physical laws at different stages of the formation of the universe.

Therefore, I still have serious doubts about the Space-Time theory, especially because time is an abstract concept that does not interact with space in any way. I endorse this general conception of physicists in this respect. Yet the Space-Time theory seems the best contemporary explanation of the functioning of the universe. I challenge you to find an expert who is able to link this theory with consequences such as galaxies.

D. Let's start from an example

Let's take the following fictional example. An extraterrestrial just arrived on the Earth formulates an equation to explain the engine power of an automobile. He incorporates several factors into his equation, especially the weight of the car. However, this weight is the one dead-stop, 1,525 kg, for example. He forgets to calculate this weight based on the fact that the car is on wheels and that the motor requires less power to move it on wheels than to drag it. The engine does not need to generate as much energy as if the car had no wheels.

I wonder if we do not make a similar mistake when it comes to calculating the power of gravity to explain how a galaxy works.

E. My vision of a galaxy.

Initially, the galaxy was a cloud of dust and gas and other materials that already possessed the capability of attraction: gravity. Over time, a mass formed around a spot, a single more massive object. And here the gravity has increased so much that the mass in the center was crushed due to extreme pressure caused by gravity. 

Curiously, there does not seem to be a galaxy with two centers. Concentration of matter in the center also increased the pressure and thus caused the galaxy in formation to pivot to the point of destroying the mass in the center to make room for a black hole. 

The speed of rotation in the Black Hole reaches at least the speed of light, but the galaxy is far from rotating itself at this speed: no comparison. It is a kind of tornado in the center that affects mainly the immediate environment. Now, if there is no mass in the center, but rather a black hole, so an absence of mass, where does gravity come from, keeping the galaxy in a single set instead of the stars scattering in space? There is more. 

The stars on the periphery of the galaxy rotate at the same speed as those around the center. As a puzzling phenomenon, it's hard to beat! 

(1) The galaxies are moving. They float, so to speak, in space. 

(2) Galaxies move away from each other proportionally. 

(3) Galaxies are moving away faster than others. I bet that this speed of all galaxies was acquired at the Big Bang. So, some materials have been propelled with more force than others. The space being a vacuum, no obstacle (except the gravity ...) slowed their individual speed. 

(4) Solar systems inside a galaxy like ours operate with a force of gravity greater than the gravity generated by the center of the galaxy. 

Our planets rotate around our Sun at varying speeds depending on various factors. A light year represents 9,461,000,000 km. Our solar system is about 26 000 light-years from the center of our galaxy, the Milky Way, whose diameter approaches 106 light-years. In short, we are much closer to the center than to the periphery of our galaxy. Only one light year is already huge, not to say astronomical. How should we believe that gravity alone is responsible for such an extensive structure? Why not?

F. The spiral shape: an intriguing and revealing shape

How can the spiral shape of most galaxies help us believe that gravity plays a major role in the functioning of a galaxy? 

(1) The spiral shape may indicate that the galaxy is older than some others that would be formed long after, following the crash of a previous galaxy, for instance. Young galaxies would not have a spiral shape (hypothesis). 

(2) The tentacles of a spiral galaxy would form because the close surrounding gravity is more important than gravity from the center of the galaxy generated far away. 

(3) The tentacles may have been straight in the beginning to curl up in the long run because of some difference in gravity from the center as they moved towards the periphery of the galaxy.

(4) This hypothesis suggests that, in the long run, the center of the galaxy will eventually scrape the tentacles into a single mass, thus increasing the pressure around the center and the size of the Black Hole.

G. What about Space-Time theory?

The Space-Time theory predicts that any object passing in the environment of another more massive one will be attracted towards the latter. This theory states that an object modifies the surrounding space, so that space is some substance. To date, there is no trace of this so-called substance. There is no evidence that dark matter is responsible for the functioning of the universe.

It must be admitted, however, that Space-Time theory can explain the formation of tentacles.

What is not clearly explained by Albert Einstein's theory is how a celestial object modifies the surrounding space. A stone at the bottom of a river adds pressure to the water. The same dry stone on earth adds pressure to the atmosphere. So an object that passes near another more massive object is attracted by increased pressure around it, not by its gravity.

Einstein predicted that a beam of light passing near a planet would deviate from its trajectory, as in the case of an eclipse. The observations showed that he was right. 

Some experts believe that it is rather the attraction caused by the gravity of the planet. In short, it is difficult to separate these two factors. One remains puzzled by the fact that Albert Einstein has always claimed that space is a vacuum, unless otherwise stated. His Space-time theory goes against his belief. 

There are many theories about the functioning of the universe that seem enticing, but we can not really conduct a so-called scientific experiment to verify them.

H. A basic principle that could skew our understanding of the Universe.

Would we also be biased by the belief that gravity is a weak force in the universe? I think so. It is weak compared to what other forces of the Universe?

The Earth moves around the Sun at more than 107,000 km / h, nearly 150,000,000 km away. How much does our Earth weigh? The Earth weighs exactly 5,972 quintillion metric tons. Or, if you prefer, 5,972 ... followed by 18 zeros. How can one believe that such a mass circulating at such a speed keeps its trajectory because of the same gravity that brings down a tree leaf in autumn?

I. Some objections to Space-Time theory

(1) Curiously, the planets, for example, do not circulate around their sun in a perfect circular trajectory, but rather elliptic. According to the Space-Time theory, a sun should act in a circular fashion on its surrounding space. It does not seem to be the case. On the other hand, the gravity of the sun alone can explain and allow such variations.

(2) In no way is time connected to space. Admittedly, today's universe is different from that of the past, but it is not time that has caused this evolution.

(3) Some claim that the universe is expanding because space is growing, which would lead to distancing galaxies, for example. Where was this space at the Big Bang? If space was concentrated and if it still acts on the visible matter, what was its influence during and after the Big Bang?

(4) Two suns of the same size, but of different masses, should not change the space in a different way. Yet an object that would pass the same distance from each of them would react quite differently. For the massive sun, the object could get caught, while for a little sun, it could move away.

(5) An object passing in the environment of a sun should, according to the Space-Time theory, follow the curvature of the space. It seems rather that the object is more and more attracted towards the sun as it approaches it. This object should follow a path before reaching the sun, continue this path to where it is closer and continue this path after, of course if it is not caught by the sun, hence showing a round trajectory. Curiously, even if the space of each object is different, the object that passes behaves differently. This would be more the case if the objects that pass would be of different masses too.