Observer · Ciel profond

M51, la galaxie du Tourbillon

C'est la première galaxie où l'on ait reconnu une spirale, et le plus beau cas d'école de collision entre deux galaxies : une petite compagne lui traverse le disque et lui tire un bras entier. Voici ce qu'elle est vraiment, ce que Lord Rosse y a dessiné en 1845 — et ce que vous en verrez à l'oculaire, sans mentir sur les bras.

28: millions d'années-lumière : sa distance, dans les Chiens de chasse
1845: l'année où Lord Rosse y dessine une spirale, un demi-siècle avant qu'on sache que c'est une galaxie
77000: années-lumière de diamètre réel pour le disque en spirale
3: supernovae surprises depuis 1994 : 1994I, 2005cs et 2011dh
250: mm de diamètre au minimum, sous un ciel vraiment noir, pour commencer à deviner les bras

Ce que c'est

La spirale vue de face, dessinée pour l'affiche

La galaxie du Tourbillon, c'est M51 au catalogue de Messier, NGC 5194 au New General Catalogue. C'est une galaxie spirale « grand-design » : au lieu de bras flous et morcelés, elle déploie deux bras longs, nets et symétriques, enroulés autour d'un noyau brillant — la forme d'école du manuel. Nous la voyons presque exactement de face, ce qui la rend unique : rares sont les grandes spirales qui nous montrent tout leur plan d'un coup, sans être vues par la tranche. Son disque mesure quelque 77 000 années-lumière de diamètre, environ les trois quarts de notre Voie lactée, pour une masse estimée à 160 milliards de masses solaires. Elle se trouve à quelque 23 à 31 millions d'années-lumière — on retient souvent 28.

La galaxie du Tourbillon M51 et sa compagne NGC 5195, image du télescope spatial Hubble — M51 par Hubble — NASA & ESA (domaine public)

Deux galaxies, pas une

Ce qu'on appelle « M51 » est en réalité un couple. La grande spirale, NGC 5194, est accrochée à une petite galaxie compagne, NGC 5195 (parfois notée M51b), une naine sans forme définie posée au bout du bras nord. Leurs deux noyaux, tous deux ponctuels et lumineux, sont séparés d'à peine 4,5′ dans le ciel — moins d'un septième de pleine lune. C'est ce duo serré, deux petites lueurs reliées, qui fait tout l'intérêt de la cible à l'oculaire.

Un noyau actif au centre

Le cœur de M51 n'est pas un simple amas d'étoiles vieilles : c'est un noyau actif de type Seyfert 2. Au centre, un trou noir supermassif avale de la matière et projette deux cônes d'ionisation repérés par Hubble, en partie masqués par des rubans de poussière. Rien de tout cela ne se voit dans un télescope d'amateur — mais c'est ce qui distingue une galaxie ordinaire d'une galaxie dont le centre est encore « allumé ».

Des bras en pleine flambée d'étoiles

Les deux bras de M51 sont piquetés de régions HII roses et d'amas d'étoiles bleues toutes jeunes : ce sont des chapelets de pouponnières stellaires. Cette poussée de formation d'étoiles est intense mais brève à l'échelle cosmique — les modèles lui donnent encore une centaine de millions d'années avant de s'essouffler. Ce ne sont pas les bras eux-mêmes qui se dessinent à l'oculaire, mais ces flambées qui, sur les photos, tracent leur contour lumineux.

Une adresse dans un petit coin discret

M51 loge dans la constellation des Chiens de chasse (Canes Venatici), une figure minuscule et pauvre en étoiles vives, coincée sous la queue de la Grande Ourse. C'est une chance pour le repérage : on ne part pas d'une étoile de la constellation, trop faible, mais d'un phare voisin bien plus brillant — Alkaïd, l'étoile du bout de la queue de la Casserole.

La collision

C'est la compagne qui dessine les bras

Un passage à travers le disque

La beauté de M51 n'est pas un hasard : c'est une marée gravitationnelle. La compagne NGC 5195 a traversé le disque de la grande spirale une première fois il y a 500 à 600 millions d'années, puis est repassée tout près, il y a seulement 50 à 100 millions d'années. À chaque passage, sa gravité a labouré le disque et concentré le gaz en ondes de densité : ce sont précisément ces ondes qui, en comprimant les nuages, allument les bras et y déclenchent la formation d'étoiles.

Le bras étiré vers la compagne

Regardez l'image : le bras nord de M51 semble aller rejoindre NGC 5195, comme un pont de matière tendu entre les deux. C'est une illusion de perspective doublée d'un effet réel — la compagne est en fait un peu en arrière-plan, mais son passage a bel et bien arraché une longue traîne d'étoiles et de gaz. Les relevés profonds tracent une de ces queues de marée sur près de 140 000 années-lumière, bien au-delà de ce que montrent les images classiques.

Un laboratoire de collision galactique

M51 est devenue le cas d'école des galaxies en interaction : elle est assez proche, assez orientée de face et assez « propre » pour qu'on y lise, presque en direct, ce qui se joue quand deux galaxies se frôlent. Notre propre Voie lactée subira un sort comparable, en bien plus massif, lors de sa future rencontre avec Andromède. Ici, la scène est figée à un instant idéal — les bras dessinés, la compagne encore distincte, avant la fusion.

1845

Le soir où une spirale est apparue au bout d'un tube

En 1773, Charles Messier note M51 comme une simple « nébuleuse sans étoiles » ; sa compagne NGC 5195 sera repérée par Pierre Méchain en 1781. Personne, alors, ne sait ce qu'est cet objet — ni qu'il s'agit d'une autre galaxie, notion qui n'existera pas avant les années 1920.

Tout change au printemps 1845. En Irlande, à Birr Castle, William Parsons, comte de Rosse, vient d'achever le plus grand télescope du monde : le « Léviathan de Parsonstown », un réflecteur de 1,80 m de diamètre (72 pouces), au miroir de bronze poli de trois tonnes. Pointé sur M51, ce monstre révèle ce qu'aucun instrument n'avait montré : une structure en spirale, des bras qui s'enroulent. Rosse en fait un dessin resté célèbre, si juste qu'il ressemble aux photos modernes — et c'est ce croquis qui vaudra à l'objet son surnom de « Tourbillon ». Le Léviathan restera le plus grand télescope de la planète jusque vers 1917.

Le télescope géant « Léviathan de Parsonstown » de Lord Rosse à Birr Castle, en Irlande — Le Léviathan de Parsonstown (reconstruit), Birr Castle — David Purchase (CC BY-SA 2.0)

Comparer

Le dessin de 1845 face à la photo d'aujourd'hui

Faites glisser le curseur. À gauche, le croquis de Lord Rosse au Léviathan, en 1845. À droite, la même galaxie photographiée par Hubble. Un observateur à l'oculaire d'un télescope géant, contre un capteur en orbite.

M51, du croquis de Lord Rosse (1845) à l'image de Hubble — image de gauche : William Parsons, 3e comte de Rosse, 1845 (domaine public, Wikimedia Commons) ; image de droite : NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) et le Hubble Heritage Team (STScI/AURA) (CC BY 4.0, ESA/Hubble heic0506a)

Le dessin de la spirale de M51 réalisé par Lord Rosse en 1845 au Léviathan de Parsonstown

La galaxie du Tourbillon M51 photographiée par le télescope spatial Hubble

Coups d'éclat

Trois étoiles y ont explosé sous nos yeux

Une galaxie aussi active en formation d'étoiles fabrique aussi des étoiles massives, qui meurent vite et brutalement. En un quart de siècle, M51 a offert trois supernovae aux astronomes amateurs et professionnels — une fréquence remarquable pour une seule galaxie, et l'occasion, chaque fois, de voir un point nouveau surgir sur un bras qu'on croyait connaître.

Les supernovae récentes de M51
Supernova	Découverte	Type	Éclat max	Ce qu'elle a appris
SN 1994I	avril 1994	Ic (effondrement de cœur)	12,9	l'archétype des supernovae « à enveloppe arrachée »
SN 2005cs	juin 2005	II	14	progéniteur retrouvé sur des images d'archive de Hubble
SN 2011dh	31 mai 2011	II	12,1	issue d'une supergéante jaune, un cas rare
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À l'oculaire

L'honnêteté d'abord : c'est un objet de ciel noir

M51 brille à la magnitude 8,4 — sur le papier, un objet facile. Le piège est ailleurs : cette lumière est étalée sur 11′ par 7′, si bien que sa brillance de surface est faible. Sous un ciel de ville ou de banlieue, elle se noie dans le fond lumineux et reste décevante, quel que soit le diamètre. C'est le meilleur exemple d'une vérité de l'observation : pour une galaxie, la noirceur du ciel compte plus que la taille du télescope.

M51 selon votre instrument, sous un bon ciel
Avec quoi	Ce que vous atteignez
Jumelles 10×50	sous un ciel de campagne, deux petites taches floues serrées l'une contre l'autre — les deux galaxies du couple
Télescope 100 mm	les deux noyaux nettement séparés, chacun dans son halo diffus ; la forme, pas encore les bras
150–200 mm	les deux cœurs francs et un halo laiteux autour du grand ; par nuit noire et vision décalée, une amorce d'asymétrie des bras
250–300 mm, ciel vraiment noir	les bras spiraux se dessinent enfin, avec le pont de matière vers la compagne — le fameux tourbillon en visuel
Photo, pose longue	tout : les bras roses de régions HII, les amas bleus, la queue de marée — ce qu'aucun œil n'atteindra jamais
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Repérer

Sous la queue de la Grande Ourse, au printemps

Partez d'Alkaïd, le bout de la queue

Trouvez la Grande Ourse, très haute au printemps. Suivez le manche de la Casserole jusqu'à sa dernière étoile, Alkaïd (η Ursae Majoris) : c'est votre point de départ, brillante et facile.
Glissez de 3,5° vers le sud-ouest

Depuis Alkaïd, faites un petit saut d'environ trois largeurs de doigt vers le sud-ouest, en direction de Cor Caroli. M51 se trouve là, tout près, à la lisière des Chiens de chasse.
Cherchez deux petites lueurs, pas une

Au chercheur ou aux jumelles, guettez non pas un point mais une double tache floue : la grande spirale et sa compagne accolée. C'est cette signature en couple qui confirme que vous êtes dessus.
Profitez du printemps et de la position haute

De mars à juin, M51 passe très haut au-dessus de la France, quasi au zénith — donc à travers le minimum d'atmosphère. Presque circumpolaire depuis nos latitudes, elle reste observable une bonne partie de l'année, mais jamais aussi bien qu'au printemps.

M51 — carte d'identité
Repère	Valeur
Type d'objet	galaxie spirale grand-design, en interaction avec NGC 5195
Constellation	Chiens de chasse — sous la queue de la Grande Ourse
Magnitude	8,4 (mais faible brillance de surface)
Distance	≈ 23 à 31 millions d'années-lumière (≈ 28 retenu)
Taille apparente	11′ × 7′ (un tiers de pleine lune)
Saison	printemps (mars à juin, au plus haut)
Instrument minimal	jumelles pour le couple ; 250–300 mm et ciel noir pour les bras
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Un peu d'histoire

De la « nébuleuse » de Messier à la première spirale

1773
Charles Messier découvre l'objet le 13 octobre et l'inscrit comme 51ᵉ de son catalogue — pour lui, une simple « nébuleuse sans étoiles » à ne pas confondre avec une comète.
1781
Pierre Méchain repère la compagne, NGC 5195, accolée à la grande nébuleuse. Le couple est complet, mais sa nature reste totalement inconnue.
1845
Lord Rosse, au Léviathan de Parsonstown, y distingue et dessine le premier une structure en spirale. L'objet gagne son surnom de « Tourbillon » — sans que nul sache encore que c'est une galaxie.
années 1920
Le débat sur les « nébuleuses spirales » se tranche : ce sont des univers-îles, des galaxies lointaines. M51, dessinée 75 ans plus tôt, devient l'archétype de la spirale.
1994 à 2011
Trois supernovae (1994I, 2005cs, 2011dh) éclatent tour à tour dans ses bras, faisant de M51 l'une des galaxies les plus surveillées du ciel amateur.

L'avis de Luc

Ne jugez pas votre télescope, jugez votre ciel : aucun objet ne le démontre mieux. Depuis un jardin de banlieue, un 200 mm ne rend que deux pâles taches — les gens sont polis, mais déçus. Le même instrument, une nuit sans lune à quarante kilomètres des lampadaires, à 150× en vision décalée : les deux noyaux claquent, le halo enfle, et par très bonne nuit l'enroulement d'un bras se devine. La spirale véritable, elle, demande un 300 mm et un ciel noir comme de l'encre. Entre les deux situations, la magnitude 8,4 n'a pas bougé d'un centième.

Continuer

À explorer autour de M51

Deux silhouettes debout sur une crête désertique, sous la bande verticale de la Voie lactée

Se repérer au printemps La Grande Ourse, Alkaïd, Cor Caroli : la porte d'entrée du ciel de mars à juin.

Observer le ciel profond Galaxies, nébuleuses, amas : pourquoi la noirceur du ciel prime sur le diamètre.

Dessiner ce que l'œil voit Du croquis fondateur de Lord Rosse en 1845 au carnet d'observation : noter et crayonner un objet à l'oculaire.

Quel télescope pour voir les bras de M51 ?

Un 100 mm sépare les deux noyaux ; il faut viser un 250–300 mm et un ciel noir pour les bras spiraux. Nos choix par usage et par budget.

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