Une spirale barrée vue de face, à un pas de Phecda, l'étoile du coin de la Grande Casserole. Aucun autre objet du catalogue de Messier n'est aussi loin : sa lumière a voyagé quelque quatre-vingts millions d'années avant de vous parvenir. Sa barre centrale et son anneau se lisent en photo dès un petit instrument ; à l'oculaire, il faut d'abord chasser l'éclat de Phecda du champ. Voici ce qu'elle montre vraiment, du 100 mm au 300 mm, et comment la débusquer.
83
millions d'années-lumière : la galaxie la plus lointaine du catalogue de Messier
180000
années-lumière de diamètre réel, l'un des plus vastes disques du catalogue
45′
minutes d'arc au sud-est de Phecda : un repère facile qui gêne l'observation
3
galaxies satellites confirmées autour d'elle : UGC 6923, 6940 et 6969
1781
l'année où Pierre Méchain la repère, sous la queue de la Grande Ourse
Ce que c'est
Une spirale barrée vue de face, au bout du catalogue
M109 chez Messier, NGC 3992 au New General Catalogue : c'est une galaxie spirale barrée, du type SB(rs)bc, que nous voyons presque exactement de face. Là où sa voisine M108 se présente par la tranche en fuseau, M109 déploie tout son disque : une barre centrale allongée traverse le noyau, prolongée par un anneau interne d'où partent deux bras enroulés. C'est l'archétype de la spirale barrée — la même famille que notre Voie lactée, montrée sous son meilleur angle. Elle se tient à quelque 83 millions d'années-lumière et, à la magnitude 9,8, sa lumière est étalée sur 7,6′ × 4,7′ de ciel, ce qui lui donne une brillance de surface faible : elle est plus délicate à voir que sa magnitude ne le laisse croire.
Les 110 entrées de Messier sont un inventaire du ciel proche : amas, nébuleuses et galaxies que le catalogueur du XVIIIᵉ siècle pouvait confondre avec des comètes. La plupart tiennent à quelques milliers ou quelques millions d'années-lumière. M109 les dépasse toutes : à environ 83 millions d'années-lumière, c'est l'objet le plus éloigné de la liste, devant M91. Autrement dit, quand vous la fixez à l'oculaire, vous regardez la lumière la plus ancienne qu'un télescope d'amateur puisse cueillir dans tout le catalogue — partie de la galaxie bien avant que l'espèce humaine n'existe.
Un disque géant d'un billion d'étoiles
Sa distance record va de pair avec sa taille. Le disque de M109 s'étend sur près de 180 000 années-lumière — presque le double de notre Voie lactée, et l'un des plus vastes de tout le catalogue. Il rassemblerait de l'ordre d'un billion d'étoiles (mille milliards). Cette démesure explique le paradoxe de l'observation : un objet énorme et intrinsèquement brillant, mais si lointain que sa lueur nous arrive diluée sur une grande tache pâle.
La barre, l'anneau et un cœur creusé
La barre centrale n'est pas un détail cosmétique : c'est une onde de densité qui canalise le gaz vers le centre et sculpte l'anneau interne (le « r » de son type SB(rs)bc). Les relevés radio ont montré que l'hydrogène neutre est réparti de façon régulière dans le disque, mais qu'il manque au niveau de la barre : un véritable trou de gaz creusé là où la barre a tout balayé. C'est une machine à redistribuer la matière, prise sur le vif.
Une fuite à plus de mille kilomètres par seconde
Comme presque toutes les galaxies, M109 s'éloigne dans l'expansion de l'Univers : son spectre est décalé vers le rouge d'un facteur 0,0035, soit une vitesse de récession d'environ 1 048 km/s. C'est ce décalage, plus que sa faible parallaxe inaccessible, qui a longtemps servi à estimer sa distance — d'où l'écart entre les valeurs publiées, de 67 à 84 millions d'années-lumière selon la méthode retenue.
Sa famille
La galaxie qui règne sur son propre archipel
M109 ne voyage pas seule : elle est la galaxie dominante, la plus vaste et la plus brillante, d'un petit essaim connu sous le nom de groupe de M109, l'un des amoncellements de galaxies qui peuplent la Grande Ourse. Trois compagnes gravitent à sa portée immédiate — UGC 6923, UGC 6940 et UGC 6969 — et d'autres membres plus discrets complètent la troupe. Ces satellites sont bien plus faibles que leur reine et restent hors d'atteinte de la plupart des instruments d'amateur ; sur les relevés profonds, ils entourent M109 comme une escorte. Ce n'est pas un hasard si l'objet le plus lointain de Messier est aussi l'un des plus imposants : il fallait une géante pour se signaler d'aussi loin.
M109 et ses satellites UGC — Donald Pelletier / SDSS (CC0)
Un événement unique
SN 1956A, la seule étoile qu'on l'a vue tuer
Une naine blanche qui a dépassé sa limite
Une seule supernova a été surprise dans M109 depuis qu'on la surveille : SN 1956A, repérée le 8 mars 1956 par Howard S. Gates au télescope de Schmidt de 18 pouces du mont Palomar. C'était une supernova de type Ia — l'explosion d'une naine blanche qui, en aspirant la matière d'une étoile compagne, a franchi sa masse limite et s'est désintégrée d'un coup. Elle a culminé vers la magnitude 12,3, à la portée d'un télescope d'amateur de l'époque.
Un point précis dans le disque
On sait exactement où elle a brillé : à 67″ à l'est et 9″ au sud du centre de la galaxie, en plein dans le disque étoilé. Les supernovae de type Ia atteignent toutes à peu près la même luminosité absolue, ce qui en fait des chandelles standard : mesurer leur éclat apparent revient à mesurer la distance de leur galaxie hôte. SN 1956A a donc été, pour M109, un petit phare d'étalonnage — une étoile morte qui a servi à jauger l'abîme qui nous en sépare.
Repérer
Collée à Phecda, le coin de la casserole
M109 possède l'un des repères les plus commodes du ciel — et c'est aussi sa malédiction. Phecda (γ UMa, magnitude 2,4) marque le coin inférieur gauche du récipient de la Grande Casserole, là où le bol rejoint le manche. La galaxie n'est qu'à 0,75°, soit environ 45′ — une largeur et demie de pleine Lune — au sud-est de cette étoile. Pointer Phecda, décaler à peine : on tombe dessus. Le hic, c'est que l'éclat de Phecda inonde le champ et noie la faible lueur de la galaxie tout à côté. La première manœuvre consiste toujours à sortir Phecda du champ une fois la région repérée. Sous nos latitudes françaises, la Grande Ourse ne se couche jamais : M109 grimpe au plus haut au printemps, quasiment au zénith, à l'abri de la turbulence des basses hauteurs.
Carte : IAU / Sky & Telescope (Roger Sinnott & Rick Fienberg) — CC BY 3.0
Retrouvez la Grande Casserole, très haute au printemps
Les sept étoiles de la casserole dominent le ciel de mars à mai. Repérez le récipient — le trapèze — et son coin le plus proche du manche : c'est là que se cache le point de départ.
Pointez Phecda (γ UMa)
Phecda, magnitude 2,4, est l'étoile du coin inférieur du bol, côté queue. Brillante et sans ambiguïté, elle se centre à l'œil dans le chercheur — elle sera votre balise et votre obstacle.
Décalez de trois quarts de degré vers le sud-est
Depuis Phecda, glissez le tube d'environ 45′ — une largeur et demie de pleine Lune — vers le sud-est. Vous entrez dans un champ pauvre en étoiles vives où la galaxie attend.
Chassez Phecda hors du champ
Poussez la région jusqu'à ce que Phecda quitte l'oculaire par un bord : débarrassée de son éblouissement, la pâle tache ovale de M109 se détache enfin sur le fond, en vision décalée.
M109 en sept repères
Repère
Valeur
Type d'objet
galaxie spirale barrée vue de face (SB(rs)bc, à barre centrale et anneau interne)
Constellation
Grande Ourse — à 45′ au sud-est de Phecda (γ UMa)
Magnitude
9,8 (brillance de surface faible : plus dure que ce chiffre)
Distance
≈ 83 millions d'années-lumière — l'objet le plus lointain du catalogue Messier
Taille apparente
7,6′ × 4,7′ (disque réel de ~180 000 al)
Saison
printemps (mars à mai), circumpolaire, au plus haut près du zénith
Diamètre minimal conseillé
100 mm pour la deviner ; 200 mm pour la barre
Aucune ligne ne correspond au filtre.
À l'oculaire
Une tache ovale que la barre ne rejoint que tard
Aux jumelles : un défi, pas une cible
N'espérez pas grand-chose des petites jumelles : à magnitude 9,8 et avec sa brillance de surface diluée, M109 leur échappe. De grosses jumelles 20×80 sur trépied, sous un ciel vraiment noir, en donnent au mieux une trace pâle — et encore, à condition de composer avec Phecda qui brûle à côté. C'est un objet de télescope, pas de jumelles.
À 100–150 mm : l'ovale et son noyau
Dès une lunette ou un télescope de 100 mm, sous un bon ciel, M109 se donne comme une pâle tache ovale, allongée, avec un centre à peine plus dense. Le geste qui change tout : monter le grossissement et sortir Phecda du champ, sans quoi son halo la mange. À 150 mm, le cœur se resserre en un petit noyau net entouré d'une nébulosité mouchetée, légèrement inégale — les premiers indices d'une structure.
À 200–300 mm : la barre se devine
C'est le diamètre qui récompense. À partir de 200 mm et sous un ciel noir, le noyau prend une forme allongée, barrée : on devine la barre centrale, cette ligne lumineuse en travers du cœur, et une amorce d'enroulement des bras autour. À 250–300 mm, l'ovale gagne en relief et l'anneau se suggère en vision décalée. La barre reste toutefois plus facile à photographier qu'à voir : ne l'attendez qu'une nuit stable, loin des lampadaires.
Le ciel noir n'est pas négociable
Tout se joue sur la faible brillance de surface. Depuis une ville, M109 reste un fantôme même dans un gros tube : le fond de ciel éclairci efface le peu de contraste qu'elle offre. Il lui faut une nuit sans Lune, un site à l'écart des lumières, et un quart d'heure d'adaptation au noir. C'est à ce prix que l'objet le plus lointain de Messier se laisse enfin regarder en face.
M109 selon votre instrument, sous un bon ciel
Avec quoi
Ciel requis
Ce que vous atteignez
Jumelles 20×80
noir, sans Lune, sur trépied
au mieux une trace pâle, Phecda gênant tout le champ — souvent rien
Télescope 100 mm
bon
une pâle tache ovale à centre diffus, une fois Phecda chassée du champ
Télescope 150 mm
bon à noir
un petit noyau net cerné d'une nébulosité mouchetée et inégale
Télescope 200–300 mm
noir
le noyau barré, la barre centrale devinée, l'anneau et l'enroulement des bras en vision décalée
Photo, pose longue
—
la barre, l'anneau, les bras bleus et les trois satellites qu'aucun œil n'atteindra
Aucune ligne ne correspond au filtre.
Comprendre
La barre en lumière visible, puis débarrassée de sa poussière
Faites glisser le curseur : à gauche, M109 en lumière visible par le relevé SDSS, poussières et bras compris ; à droite, en proche infrarouge par 2MASS, où la lumière traverse la poussière et fait ressortir la barre et le noyau, ossature de vieilles étoiles.
M109 en lumière visible (SDSS) puis en proche infrarouge — 2MASS, IPAC-Caltech & University of Massachusetts (domaine public)
En images
Trois regards sur la spirale de Phecda
Un peu d'histoire
De Méchain à la 109ᵉ entrée du catalogue
1781
Pierre Méchain, ami et collaborateur de Charles Messier, repère la pâle tache sous la queue de la Grande Ourse, tout près de Phecda.
1783
Charles Messier ajoute l'objet à son catalogue, deux ans après, en appendice — l'une des entrées tardives, au-delà de la centième.
8 mars 1956
Howard S. Gates découvre la supernova SN 1956A (type Ia, magnitude 12,3) au Schmidt de 18 pouces du mont Palomar : la seule explosion jamais surprise dans la galaxie.
1970s
À la fin de la décennie, la liste étendue à 110 objets s'impose partout : M109 est définitivement adoptée, et reconnue comme l'objet le plus lointain de la collection.
L'avis de Luc
Le repérage le plus facile pour l'observation la plus ingrate : Phecda se pointe en trois secondes, 45′ de décalage, et la vraie difficulté commence — il faut pousser l'étoile hors du champ, sinon son halo avale tout. Cent millimètres d'ouverture sous un ciel noir de printemps ne rendent qu'un ovale fantôme à cœur diffus. Le noyau ne s'allonge et la barre ne se devine qu'à 180× dans un Dobson de 250 mm, à quarante kilomètres des lampadaires. En pleine ville, inutile de sortir le tube. La récompense est un titre : aucun autre objet de Messier n'est aussi éloigné de nous.
Voir la barre de M109 demande 200 mm et un ciel noir : quel télescope ?
Un 100 mm révèle l'ovale une fois Phecda chassée du champ ; c'est à partir de 200 mm que le noyau se montre barré. Nos choix de tubes par diamètre et par budget pour les galaxies faibles.
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