Observer · Ciel profond

M100, la spirale de manuel de la Chevelure

Il existe des spirales tordues, décentrées, à demi défaites — et il existe M100, dont les deux bras s'enroulent avec une symétrie presque parfaite. C'est l'archétype de la galaxie « grand-design » : une structure spirale nette, continue, qui dessine deux bras majeurs bien tracés autour d'un noyau vif. Elle compte parmi les plus grandes et les plus lumineuses galaxies de l'amas de la Vierge, à quelque 55 millions d'années-lumière, dans la Chevelure de Bérénice. Le télescope Hubble y a mesuré des étoiles-étalons pour peser l'Univers, et sept supernovae y ont explosé depuis 1901. Voici ce que vous en verrez vraiment, dès 100 mm, au printemps.

55: millions d'années-lumière : la distance de M100, aux confins nord de l'amas de la Vierge
166 000 al: de diamètre réel — plus grande que notre Voie lactée
7: supernovae recensées dans M100 depuis 1901, un des tout premiers rangs des galaxies proches
100 mm: le diamètre minimal pour la deviner en pâle ovale rond
1994: l'année où le télescope Hubble y mesure des céphéides pour calibrer l'expansion de l'Univers

Ce que c'est

Une spirale « grand-design » vue de face

M100 (NGC 4321) est une galaxie spirale de type SAB(s)bc — une barre centrale ténue, des bras modérément enroulés — que nous voyons presque de face. C'est ce qu'on appelle une spirale « grand-design » : au lieu d'un fouillis de bras cotonneux, deux bras majeurs se détachent nettement et courent sans se rompre sur tout le disque. Elle brille à la magnitude 9,3 et s'étend sur 7,4′ × 6,3′ dans le ciel, ce qui en fait l'une des plus grandes et des plus brillantes galaxies de l'amas de la Vierge (l'amas lui-même est raconté sur sa page dédiée). À environ 55 millions d'années-lumière, son disque mesure près de 166 000 années-lumière de diamètre : elle est plus vaste que notre Voie lactée et abrite quelque 400 milliards d'étoiles. Elle s'éloigne de nous à 1 571 km/s, emportée par l'expansion de l'Univers — un chiffre qui, on le verra, a fait sa célébrité.

M100 (NGC 4321) photographiée par le Very Large Telescope de l'ESO : deux bras spiraux symétriques bleutés, semés de régions de formation d'étoiles roses, autour d'un noyau jaune — M100 par le Very Large Telescope (FORS1) — ESO (CC BY 4.0)

Le détail qui la distingue

Deux bras d'une symétrie presque parfaite

Ce qui distingue M100 de ses voisines, c'est la lisibilité de sa spirale. Là où beaucoup de galaxies présentent des bras flous, discontinus ou emmêlés, les deux bras principaux de M100 s'enroulent en miroir l'un de l'autre, comme tracés au compas : c'est la définition même d'une spirale grand-design. On y lit toute la mécanique d'une galaxie active — les bandes de poussière sombres qui longent le bord interne des bras, les chapelets de régions H II roses où naissent les étoiles, et les amas d'étoiles jeunes bleus alignés le long de la structure. Le cœur n'est pas en reste : M100 abrite un noyau à sursaut de formation d'étoiles, alimenté par une petite barre centrale d'environ 1 000 parsecs de rayon qui canalise le gaz vers le centre. Cette régularité fait de M100 l'un des objets d'étude préférés des astronomes : sa spirale est assez propre pour qu'on y mesure, arc par arc, comment une galaxie fabrique ses étoiles.

Gros plan sur le disque de M100 : deux bras spiraux enroulés en miroir l'un de l'autre, bordés de bandes de poussière sombres et parsemés d'amas d'étoiles bleus — Détail du disque de M100 — ESO / VLT FORS1 (CC BY 4.0)

Comprendre

M100 en lumière visible et en infrarouge

Faites glisser le curseur : à gauche, le disque de M100 en lumière visible par le VLT, dominé par les amas bleus et la poussière ; à droite, le même disque en infrarouge par la caméra HAWK-I, qui traverse la poussière et révèle le squelette d'étoiles anciennes des deux bras.

M100 en lumière visible (VLT) puis en infrarouge (HAWK-I) — image de droite : ESO (CC BY 4.0, eso1042c)

M100 en lumière visible : amas d'étoiles bleus et bandes de poussière sombres sur les bras

M100 en infrarouge par HAWK-I : la poussière s'efface et la charpente régulière des deux bras d'étoiles anciennes apparaît

Sa célébrité

La galaxie qui a servi à peser l'Univers

En 1994, M100 est entrée dans l'histoire de la cosmologie. Une équipe menée par Wendy Freedman a pointé le télescope spatial Hubble, tout juste réparé, sur l'un de ses bras spiraux, et y a résolu des céphéides — ces étoiles pulsantes dont la période de variation (ici entre 20 et 50 jours) trahit exactement la luminosité, donc la distance. Le résultat, publié dans Nature, donnait une distance de 17,1 mégaparsecs, soit environ 56 millions d'années-lumière, et une valeur de la constante de Hubble de 80 km/s par mégaparsec. C'était l'une des premières mesures directes de distance à une galaxie de l'amas de la Vierge, un jalon du programme-clé du télescope Hubble pour fixer le taux d'expansion de l'Univers. Que ce soit M100 qui ait été choisie n'a rien d'un hasard : il fallait une spirale grande, proche et assez régulière pour y débusquer des étoiles une à une. Sa symétrie de manuel en faisait la candidate idéale.

Image historique du télescope Hubble de 1994 : un bras spiral de M100 résolu en étoiles individuelles, avec l'encart montrant une étoile variable céphéide identifiée — Céphéide résolue dans M100 par le télescope Hubble, 1994 — W. L. Freedman (Carnegie) & NASA/ESA

Un record

Sept supernovae dans M100 en un peu plus d'un siècle

M100 fait aussi partie des galaxies proches les plus prolifiques en explosions stellaires : sept supernovae y ont été observées depuis 1901, à tous les types connus. Ce n'est pas un hasard — une grande spirale riche en gaz, en poussière et en régions de formation d'étoiles fabrique beaucoup d'étoiles massives, et ces astres finissent vite en cataclysme. Deux d'entre elles ont particulièrement compté pour la science. SN 1979C, de type II, est restée détectable en rayons X pendant des décennies, ce qui en a fait un candidat de choix pour surveiller la naissance d'un trou noir. SN 2006X, de type Ia et culminant à la magnitude 15,3, a été suivie de très près : les astronomes y ont observé des variations de l'absorption par la poussière et des échos de lumière, précieux pour comprendre ces « chandelles standard » qui servent à mesurer l'Univers. Les plus récentes, SN 2019ehk et SN 2020oi, rappellent que la galaxie reste un laboratoire vivant.

Les supernovae observées dans M100
Supernova	Année	Type	Éclat max
SN 1901B	1901	I	mag 15,6
SN 1914A	1914	inconnu	mag 15,7
SN 1959E	1959	I	mag 17,5
SN 1979C	1979	II	≈ mag 11,6
SN 2006X	2006	Ia	mag 15,3
SN 2019ehk	2019	Ib	mag 16,5
SN 2020oi	2020	Ic	mag 17,3
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À l'oculaire

Une lueur ronde et diffuse, à chercher sous un ciel noir

Ne vous fiez pas à sa magnitude de 9,3 : parce que sa lumière est étalée sur près de 7′ et qu'on la voit de face, M100 a une faible brillance de surface et demande un ciel vraiment sombre. Aux jumelles, elle échappe le plus souvent. Dès 100 à 130 mm sous un ciel noir, elle se montre comme une petite tache ronde et diffuse, un peu plus dense en son centre — sans forme, mais bien là. À 200 mm, le noyau se détache mieux et le halo s'élargit ; certains observateurs commencent à soupçonner que la lueur n'est pas parfaitement uniforme. Il faut un 250 à 300 mm et un ciel d'exception pour entrevoir l'amorce des deux bras en vision décalée — et encore, comme une impression fugitive plus que comme un dessin. La belle spirale des photos reste, ici comme sur toutes les galaxies de face, l'affaire du capteur, pas de la rétine. Un atout, tout de même : M100 est la plus brillante du petit triangle qu'elle forme avec M98 et M99, donc le meilleur point d'entrée dans ce coin de l'amas.

M100 en pose longue : disque rond au noyau brillant, entouré de la faible lueur des bras spiraux enroulés — M100 en pose longue — ESO (CC BY 4.0)

M100 selon votre instrument
Avec quoi	Ce que vous atteignez sur M100
Jumelles 10×50	le plus souvent invisible ; au mieux un très vague renflement sous un ciel parfaitement noir, la Chevelure haute au méridien
Télescope 100–130 mm	une petite tache ronde et diffuse à centre plus dense, sans structure — mais c'est la plus facile du triangle M98/M99/M100
150–200 mm	un disque plus large, un noyau qui se détache, une lueur qu'on devine légèrement inégale en vision décalée
250–300 mm + ciel noir	l'amorce des deux bras spiraux entrevue par instants ; la spirale reste suggérée, jamais franche
Photo (pose longue)	les deux bras symétriques, les bandes de poussière, les régions roses de formation d'étoiles — hors de portée de tout oculaire
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Repérer

Où pointer pour tomber sur M100

M100 se trouve au sud-ouest de la Chevelure de Bérénice, tout près de la frontière avec la Vierge, dans le fourmillement de galaxies qui marque le bord nord de l'amas de la Vierge. La région est pauvre en étoiles vives, ce qui déroute au premier abord : le meilleur point de départ est l'étoile Denebola (β Leonis, la queue du Lion), d'où l'on saute vers l'est en direction de la Chevelure. La bonne fenêtre est le printemps : d'avril à juin, la Chevelure culmine très haut depuis la France, si bien que M100 passe loin de la turbulence de l'horizon. Comme elle est la plus brillante de son petit groupe avec M98 et M99, on la vise en premier, puis on rayonne vers les voisines une fois le champ reconnu.

Carte IAU de la Chevelure de Bérénice, libellés en anglais : M100 étiqueté au sud de la constellation près de M85, tout près de la limite de la Vierge — Carte : IAU / Sky & Telescope (CC BY 4.0)

Partez de Denebola, la queue du Lion

Denebola (β Leonis, magnitude 2,1) est l'étoile la plus à l'est du Lion. Elle marque l'entrée de la région des galaxies, à mi-chemin entre le Lion et la Vierge.
Glissez vers l'est jusqu'à 6 et 11 Comae

À environ 7° à l'est de Denebola, les étoiles 6 et 11 Comae Berenices (magnitudes 5,1 et 4,7) balisent l'entrée du champ de l'amas. Centrez cette zone dans le chercheur.
Cherchez la plus brillante des taches floues

Dans ce secteur riche en galaxies, M100 est parmi les plus évidentes : une lueur ronde et diffuse. En balayant à faible grossissement, c'est la plus dense du triangle qu'elle forme avec M98 et M99.
Confirmez au noyau plus dense

M100 se reconnaît à son centre nettement plus brillant que le halo. Une fois accrochée, servez-vous-en comme base pour retrouver les autres galaxies du coin de soirée en soirée.

M100 (NGC 4321) — carte d'identité
Repère	Valeur
Type d'objet	galaxie spirale grand-design SAB(s)bc, vue de face, à noyau à sursaut d'étoiles — une des plus grandes et brillantes de l'amas de la Vierge
Constellation	Chevelure de Bérénice — au sud-ouest, à la frontière de la Vierge, dans le champ nord de l'amas
Magnitude	9,3 (mais faible brillance de surface, vue de face)
Distance	≈ 55 millions d'années-lumière (17,1 mégaparsecs par les céphéides du télescope Hubble)
Taille apparente	7,4′ × 6,3′ (≈ 166 000 années-lumière de diamètre réel)
Saison	printemps, d'avril à juin, quand la Chevelure culmine très haut depuis la France
Instrument minimal	100 mm et ciel noir pour un ovale rond ; 250 mm pour entrevoir l'amorce des bras
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Un peu d'histoire

De Méchain au télescope Hubble réparé

15 mars 1781
Pierre Méchain découvre M100 dans la Chevelure de Bérénice. Charles Messier la vérifie et l'inscrit à son catalogue 29 jours plus tard : à la lunette, elle n'est qu'une « nébuleuse sans étoile », une lueur pâle et informe.
1850
Lord Rosse, avec son télescope géant de 1,8 m, range M100 parmi les quatorze premières « nébuleuses spirales » dont il devine l'enroulement — bien avant qu'on comprenne qu'il s'agit d'autres galaxies.
1993
M100 sert de test au télescope spatial Hubble : ses images du noyau, floues le 27 novembre puis nettes le 31 décembre, prouvent que la caméra WFPC2 fraîchement installée a corrigé le défaut du miroir. Le télescope résout des détails de 30 années-lumière.
1994
L'équipe de Wendy Freedman résout des céphéides dans un bras de M100 et en tire une distance de 17,1 mégaparsecs et une constante de Hubble de 80 km/s/Mpc — publiées dans Nature, un jalon de la mesure de l'expansion de l'Univers.
2006
La supernova SN 2006X, de type Ia, explose dans M100 et culmine à la magnitude 15,3. Suivie de près, elle livre des observations rares sur la poussière et les échos de lumière autour de ces « chandelles standard ».
2010
La caméra infrarouge HAWK-I, sur le Very Large Telescope de l'ESO, livre l'une des images au sol les plus détaillées de M100, perçant la poussière pour révéler la charpente régulière de ses deux bras.

L'avis de Luc

Prévenir avant de pointer, sinon la déception est garantie : cherchée un soir de Lune ou depuis la ville, M100 ne montre rien et l'on croit avoir raté le pointage. À la campagne en mai, dans un 200 mm, elle se donne pour ce qu'elle est — une petite bulle ronde à peine plus dense au milieu, jolie parce qu'on sait ce qu'on regarde. Les deux bras réputés ne sortent pas à l'oculaire, et il ne faut les promettre à personne. Ce qui vaut le déplacement tient dans une phrase : c'est sur l'un de ces bras que Hubble a mesuré la vitesse d'expansion de l'Univers.

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