Toute cette question est une prémisse erronée. Il y a des galaxies sphériques (ou du moins presque sphériques)! Elles se répartissent en deux catégories de base: les galaxies elliptiques de forme pseudo-sphérique et les "galaxies sphéroïdales naines", beaucoup plus petites, associées à notre propre galaxie et à d’autres grandes galaxies en le "Groupe local".

Bien sûr, lorsque vous regardez une galaxie dans le ciel, il ne s'agit que d'une projection bidimensionnelle de la distribution réelle, mais on peut toujours déduire (approximativement) la sphéricité de la distribution de la luminosité de la surface et de la grande ligne de vitesse de visée distribution pour de nombreux elliptiques et sphéroïdales naines.

Les galaxies sphéroïdales naines peuvent en fait être le type de galaxie le plus courant dans l'univers.

Ces galaxies sont à peu près sphériques car les étoiles se déplacent sur des orbites avec orientations assez aléatoires, beaucoup sur des orbites presque radiales (très excentriques) sans axes fortement préférés. La dispersion de vitesse est généralement beaucoup plus grande que n'importe quelle signature de rotation.

Il y a une excellente réponse à une question connexe à Pourquoi les galaxies forment des plans 2D (ou en spirale) au lieu de boules 3D (ou sphérique)?

Jolies photos: Photo Schmidt du Royaume-Uni de la galaxie sphéroïdale naine du sculpteur (crédit: David Malin, AAO)

La galaxie elliptique E0 M89 (crédit Sloan Digitized Sky Survey).

Détails: J'ai trouvé quelques articles qui mettent un peu plus de chair sur l'argument selon lequel de nombreuses galaxies elliptiques sont proches de sphériques. Ces articles sont de Rodriquez & Padilla (2013) et Weijmans et al. (2014). Ces deux articles examinent la distribution des ellipticités apparentes des galaxies dans le "Galaxy Zoo" et le Sloan Digitized Sky Surveys respectivement. Puis, avec un modèle statistique et avec diverses hypothèses (y compris que les galaxies sont orientées aléatoirement), elles inversent cette distribution pour obtenir la distribution de l'ellipticité vraie $ \ epsilon = 1- B / A $ et un paramètre oblate / prolate $ \ gamma = C / A $, où les trois axes de l'ellipsoïde sont $ A \ geq B \ geq C $. c'est-à-dire qu'il est impossible de dire si une galaxie individuelle d'aspect circulaire vue en projection est sphérique, mais vous pouvez dire quelque chose sur la distribution des formes 3D si vous avez un grand échantillon.

Rodriguez & Padilla conclut que la valeur moyenne de $ \ epsilon $ est de 0,12 avec une dispersion d'environ 0,1 (voir l'image ci-dessous), tandis que $ \ gamma $ a une moyenne de 0,58 avec une dispersion plus large (gaussienne) de 0,16, couvrant l'ensemble allant de zéro à 1. Étant donné que $ C / A $ doit être inférieur à $ B / A $ par définition, cela signifie que de nombreux elliptiques doivent être très proches de sphériques (vous ne pouvez pas dire que quoi que ce soit soit exactement sphérique ), bien que la galaxie «elliptique moyenne» ne le soit bien sûr pas.

Cette image montre la distribution observée des ellipticités 2D pour un large échantillon de galaxies spirales et elliptiques. Les lignes sont ce que vous prévoyez d'observer à partir des distributions de formes 3D trouvées dans l'article.

Cette image de Rodriguez et Padilla montre les vraies distributions déduites de $ \ epsilon $ et $ \ gamma $. La ligne rouge continue représente les elliptiques. Les moyennes des distributions sont représentées par des lignes verticales. Notez que la ligne pointillée des spirales a une valeur $ \ gamma $ beaucoup plus petite - car elles sont aplaties.

Weijmans et coll. (2014) effectuent des analyses similaires, mais ils ont divisé leur échantillon elliptique entre ceux qui ont des preuves d'une rotation systématique significative et ceux qui n'en ont pas. Comme vous vous en doutez, les rotatifs semblent plus aplatis et "aplatis". Les galaxies à rotation lente peuvent également être modélisées comme des galaxies oblates, bien qu'elles soient plus susceptibles d'être "triaxiales". Les rotateurs lents ont un $ \ epsilon $ moyen d'environ 0,15 et un $ \ gamma $ moyen d'environ 0,6 (en bon accord avec Rodriguez & Padilla), mais les échantillons sont beaucoup plus petits.

En fait, il y a des parties d'une galaxie qui s'étendent au-delà du plan galactique:

• Halo galactique: Ceci est en fait la partie principale d'une galaxie qui n'est pas dans le disque galactique principal. Il est composé de plusieurs sections et est composé ou un tableau d'objets.

  • Halo de matière noire: Ceci est un section de la matière noire de la galaxie qui existe sous une forme semi-sphérique. Nous pouvons déterminer la taille et la forme du halo (bien qu'il soit généralement sphérique) grâce à ses effets sur le mouvement à grande échelle des étoiles.

  • Galactique sphéroïde: Il s'agit d'une région proche du centre de la galaxie composée d'étoiles avec des orbites impaires. Je les considère comme un peu comme les comètes de la ceinture de Kuiper - suivant des orbites 3D étranges. Les étoiles ont peut-être été perturbées par le trou noir central de la galaxie - dans notre cas, Sagittaire A *.

  • Couronne galactique: Des morceaux de gaz et de poussière qui suivent des chemins irréguliers à travers la galaxie. Ils interagissent avec la matière à l'intérieur du disque galactique et oscillent ainsi.

• Renflement galactique: Ce est la partie centrale de la galaxie, autour du trou noir supermassif central. Ils sont composés de gaz, d'étoiles et de poussière.
• Flux stellaire: Une série d'étoiles qui ont interagi avec un autre objet par gravitation. Ce sont peut-être les restes d'une galaxie naine.

Je les énumère comme exemples pour montrer que tous les objets ne restent pas dans le plan galactique. Les autres réponses devraient vous donner une idée de la raison pour laquelle la plupart des objets restent dans l'avion.

Toute la matière de la galaxie doit tourner (pas nécessairement dans le même sens) pour qu'une force centrifuge agisse. Sans la force centrifuge, toute la matière contenue dans la galaxie s'effondrera au centre de la galaxie en raison de la gravitation. La rotation se produit autour d'un axe, une ligne autour de laquelle toute la matière tourne dans la galaxie. Or, la manière dont toute la matière tourne autour de cet axe est plane. Pourquoi est-il planaire et pourquoi doit-il tourner uniquement autour d'un axe? La réponse à cette question dissipera de manière décisive ce doute.

Mais comment la galaxie planaire continue-t-elle à conserver sa planéité pendant des milliards d'années?

Imaginons cela une galaxie plane a quelques corps qui ne tournent pas autour de l'axe central et ont leur propre axe de rotation. Dans n'importe quelle direction perpendiculaire à cet axe, la force centrifuge empêche le corps de s'effondrer dans le centre de la galaxie. Dans toute direction parallèle à cet axe cependant, il n'y a pas une telle force centrifuge; mais il y a une composante de la force gravitationnelle de la matière contenue dans la galaxie plane ci-dessous. Cette composante de la force gravitationnelle continue de tirer le corps vers le plan, et il n'y a aucune force pour l'arrêter. Ainsi, même ce corps finira par rejoindre le plan galactique. Tous ces corps marginaux qui n'obéissent pas au plan galactique seront attirés par la gravité pour rejoindre éventuellement le plan. Par conséquent, la galaxie parvient à maintenir la planéité.

Comme l'a souligné Rob Jeffries, il existe des galaxies de formes sphériques et tridimensionnelles. Là, cependant, comme il n'y a pas de plan de rotation préexistant , rien ne provoque l'effondrement de la matière dans un plan. Par conséquent, ces galaxies conservent leur forme tridimensionnelle.

Cela est dû à l'effet combiné de la rotation et de la "dissipation". Un nuage de gaz en rotation est constitué de particules qui interagissent fortement les unes avec les autres (se heurtant physiquement) sur des échelles de temps relativement courtes peuvent rayonner une partie de leur énergie et de leur impulsion en émettant des photons. Pour ces deux raisons, un nuage dense de gaz en rotation s'effondrera pour former un disque rotatif. Mais il y a des systèmes stellaires qui restent assez sphériques, ils ont appelé des amas globulaires.

D'un autre côté, si le gaz dans un nuage forme des étoiles très rapidement, de sorte que les particules qu'il contient sont des étoiles plutôt que atomes, alors ces "particules" stellaires n'interagissent pas fortement sur des échelles de temps courtes (par exemple, le temps entre les collisions directes pour une étoile dans un amas globulaire est> 10 $ ^ {10} $ ans, et les amas globulaires sont à peu près sphériques) ne peuvent pas rayonnent leur énergie et leur élan en émettant des photons; ils peuvent émettre un rayonnement gravitationnel, mais ce n'est pas aussi efficace

Pour ces raisons, un amas sphérique d'étoiles restera sphérique pendant de très longues périodes de temps; beaucoup plus long que l'âge actuel de l'univers.

Vous avez mentionné les galaxies elliptiques, que les autres réponses n'ont pas abordées.

Contrairement à ce que vous dites sur les galaxies en 2D, les galaxies elliptiques sont en "3 dimensions" en le sentiment que les étoiles ne sont pas confinées à un seul plan; Vous pourriez les considérer comme étant "en forme d'oeuf".

Alors pourquoi les galaxies elliptiques ne sont-elles pas confinées à un plan? Principalement parce qu'ils ont (généralement) un moment angulaire faible, c'est-à-dire qu'ils ne tournent pas trop vite autour d'un axe, de sorte que le raisonnement de la réponse de Simha ne s'applique plus.

De plus, il convient de noter que cela ne signifie pas qu'il n'y a aucun mouvement de rotation. La galaxie dans son ensemble n'a pas besoin de tourner autour d'un axe, mais les étoiles de la galaxie le seront. Les étoiles se déplaceront toutes assez aléatoirement dans la galaxie elliptique, de sorte que le moment angulaire net est proche de zéro.

Contrairement à une galaxie spirale, la galaxie dans son ensemble a un moment angulaire très défini, donc en plus de la vitesse propre de l'étoile (souvent appelée vitesse particulière ), l'étoile tournera autour du centre galactique dans la même direction que ses voisins, et en fait toutes les autres étoiles de la galaxie.