La galaxie compagneNGC 5195 n'a été découverte que le par l'astronome françaisPierre Méchain, mais on pense que les deux galaxies ont été observées par Messier[4].
Le surnom de « galaxie du Tourbillon » (Whirlpool Galaxy en anglais) proviendrait d'une publication de du dessin de Parsons annoncée comme : « la nébuleuse du tourbillon de Lord Rosse »[7].
Second dessin de M51 réalisé par William Parsons, publié en 1850.
M51 fut la première « nébuleuse » connue exhibant une structure spirale. Depuis cette découverte, on donna le nom de nébuleuse spirale à d'autresobjets du ciel profond à l'aspect similaire. Il faudra attendre lesannées 1920 et les travaux d'Edwin Hubble pour que les astronomes comprennent que la plupart de ces « nébuleuses » sont en fait d'autres galaxies, bien plus lointaines.
La distance qui nous sépare de la galaxie M51 reste encore à ce jour incertaine. Selon les méthodes de calcul et d'observation utilisées, les valeurs obtenues restent plus ou moins fiables et précises :
Selon la base de donnéesNASA/IPAC, la distance de Hubble de M51 est égale à 10,27 ± 0,74 Mpc (∼33,5 millions d'al)[1]. Cependant, comme pour plusieurs galaxies dugroupe de M101 et dugroupe de M51 (voir en fin de page), la distance de Hubble est souvent très différente de la distance mesurée par des méthodes indépendantes dudécalage vers le rouge. Certaines galaxies se déplacent dans le groupe avec des vitesses propres qui ne sont pas négligeables par rapport à lavitesse de récession produite par l'expansion de l'Univers. Si une galaxie du groupe se dirige vers laVoie lactée, on obtient une distance de Hubble plus petite que la distance réelle de la galaxie et, dans le cas contraire, une distance plus grande.
Dans le cas de M51, 53 mesures non basées sur ledécalage vers le rouge (redshift) ont été réalisées à ce jour. La distance de cet échantillon donne une valeur de 7,225 ± 2,126 Mpc (∼23,6 millions d'al)[3]. Selon ces mesures, la distance de M51 est comprise entre 16,6 et 30,5 millions d'années-lumière.
Une valeur plus précise de 8,4 ± 0,7 Mpc (∼27,4 millions d'al) a été obtenue en se basant sur lessupernovas SN 2005cs et SN 2011dh[8]. Une dizaine d'autres articles portant sur l'évaluation de la distance de M51 ont été publiés depuis 2012[9]. La valeur moyenne des distances de ces articles est de 7,76 ± 0,93 Mpc (∼25,3 millions d'al).
Selon une étude publiée en 2023, la distance de M51 serait égale à 7,50 ± 0,24 Mpc (∼24,5 millions d'al). Cette valeur est basée sur l'observation decéphéides et de la supernova SN 2005cs[10].
M51 est unegalaxie spirale de grand style[11], c'est-à-dire dont lesbras spiraux sont bien définis. On pense par ailleurs que le dessin majestueux de ses bras est en partie dû à l'influence gravitationnelle de la galaxie compagneNGC 5195[11]. M51 présente deux bras spiraux majeurs qui s'enroulent autour de sonbulbe central. Ces derniers effectuent par endroits des virages serrés, s'apparentant à des « coudes » probablement causés par l'interaction avec NGC 5195[12]. Le bras spiral Nord se termine en rejoignant la galaxie compagne, mais en réalité celui-ci passe devant celle-ci depuis notre point de vue[13].
La paire de galaxies M51 et NGC 5195 (à droite) imagée par letélescope spatial Hubble (2005).Détail de M51 réalisé par Hubble.
M51 forme une paire degalaxies en interaction avec sa voisineNGC 5195. À ce jour, le déroulement précis de leur interaction reste à débat. Deux hypothèses existent à ce sujet, basées sur dessimulations numériques et des étudescinématiques : celle où NGC 5195 aurait effectuée plusieurs rencontres rapprochées avec M51, et celle d'une rencontre unique[16].
Selon la première hypothèse, NGC 5195 pourrait avoir traversé le disque de M51 il y a entre 500 et 600 millions d'années, le pénétrant de l'arrière vers notre direction, avant d'effectué un autre croisement il y a entre 50 et 100 millions d'années jusqu'à sa position présente, soit légèrement à l'arrière de M51[17]. Dans un article publié en 2020, la première rencontre est indiquée comme avoir eu lieu il y a entre 400 et 500 millions d'années[16].
L'interaction entre les deux galaxies a amélioré le taux deformation d'étoiles dans M51, et plus particulièrement dans son bras spiral Nord. On pense également que de lamatière interstellaire, sous forme de gaz, provenant de M51 a pu être accrétée par NGC 5195[18].
M51 et NGC 5195 sont entourées dedébris de marée qui apparaissent sous la forme d'une vaste étendue diffuse visible en imagerie optique (lumière visible) ou infrarouge. Ces débris, principalement constitués d'étoiles, ont pour origine l'interaction qui se joue entre les deux galaxies. Au Nord-Ouest de M51, se trouve notamment un grand panache diffus qui s'étend jusqu'à une distance d'environ 43 kpc (∼140 000 al) depuis le centre de cette galaxie. Abritant essentiellement de vieilles étoiles, ce dernier s'est probablement formé il y a quelques centaines de millions d'années[19].
Visualisation des débris de marée (régions diffuses) autour de M51 et NGC 5195. Cette image est issue d'untemps de pose de près de 255h et révèle aussi le nuage ionisé (en rouge, à droite) découvert en 2018.
Un article publié en 2018 rapporte la découverte d'un vaste nuage d'hydrogène ionisé à environ 32 kpc (∼104 000 al) au Nord de la paire de galaxies. La taille de cette nébuleuse est immense, 25 par 7,5 kpc. Pour expliquer la présence de ce vaste nuage, les auteurs de l'étude privilégient les modèles dans lesquels les gaz ont été expulsés du système d'interaction de M51 par desforces de marée ou par des vents provenant d'une période desursaut de formation d'étoiles. Ce dernier scénario soulève la possibilité que ce soit un exemple de nébuleuse fossileAGN ou d'unécho lumineux semblable auvoorwerp de Hanny près de la galaxieIC 2497[20].
Grâce aux observations dutélescope spatial Hubble, on a détecté un disque de formation d'étoiles autour du noyau de M51. La taille de sondemi-grand axe est estimée à 600 pc (~1 955 années-lumière)[21]. L'efficacité actuelle de formation d'étoiles définie comme étant le rapport de la masse des nouvelles étoiles à la masse du gaz impliqué n'est cependant que d'environ 1 %, une valeur comparable à la valeur globale de laVoie lactée et d'autres galaxies spirales. On estime que ce taux élevé ne durera pas plus de 100 millions d'années[22].
Selon les auteurs d'un article publié en, la masse du trou noir central de M51 (NGC 5194) est de8,91 x 106 (106,95)[23].
Selon une étude publiée en 2009 et basée sur la vitesse interne de la galaxie mesurée par letélescope spatial Hubble, la masse dutrou noir supermassif au centre de M51 serait comprise entre 430 milles et 2,3 millions de[24]. Une autre étude réalisée auprès de 90 galaxies de type Seyfert 2 utilisant ladispersion des vitesses a permis d'estimer la masse des trous noirs supermassifs centraux de celles-ci. Pour M51, la masse du trou noir est égale à 8,9 × 106 (106,95)[25].
Selon les auteurs d'un article publié en, la connaissance de la masse d'un trou noir central et du taux d'accrétion de celui-ci permet d'estimer letaux de formation d'étoiles dans la région centrale des galaxies de Seyfert. Ce taux pour M51 serait à l'intérieur et à l'extérieur d'un rayon de 1 kpc respectivement de 0,28 /an et de 2,2 /an[26].
Les images obtenues par le télescope spatial Hubble ont permis aux astronomes de voir ce qui pourrait être un immense disque de poussière qui nourrit le trou noir supermassif au centre de M51. Ces observations furent rapportées par Holland Ford de l'Université Johns-Hopkins[27].
Des images du centre de M51 prises par Hubble montrent une étonnante structure sombre en forme de « X » à la position exacte du trou noir supermassif[27].
L'étonnante structure en forme de « X » au centre de M51 (Hubble).
La barre la plus large et la plus foncée du « X » pourrait être un anneau de poussière d'une centaine d'années-lumière de diamètre qui nous cacherait le trou noir et sondisque d'accrétion[28]. La seconde barre du « X » pourrait être un autre disque de poussière vu par la tranche ou possiblement du gaz et de la poussière en rotation dans M51 qui intersectent les cônes des jets de matière ionisée émis par le trou noir[28],[27].
Autre image plus détaillée du « X » de M51 prise par Hubble.
Dans une étude publiée en 2021, en comparant les relevés issus de précédentes observations de M51 par le télescope spatial Hubble, une équipe de chercheurs a découvert que l'étoile M51-DSI, unesupergéante rouge située dans la dite galaxie, a disparu entre 2017 et 2019. De par ses caractéristiques, cette disparation fut interprétée comme une possible « supernova ratée », où l'étoile se serait effondrée sur elle-même donnant directement naissance à un trou noir, sans produire un accroissement de sa luminosité[29]. Cette hypothèse fut cependant rejetée après que l'étoile soit réapparue au cours de l'année 2021. On pense que M51-DSI a plus vraisemblablement connue une importante éruption de matière ayant assombrie l'étoile vue depuis la Terre, la faisant ainsi disparaître temporairement. Ce phénomène, déjà observé à moindre intensité avecBételgeuse en 2019, reste relativement rare[30].
En septembre 2020, letélescope spatial Chandra détecte une possibleexoplanète, nomméeM51-ULS-1b, en orbite autour de M51-ULS-1, unebinaire X de grande masse. Son existence a été de nouveau confirmée le 25 octobre 2021 par laNASA qui précise ses observations sur 55 systèmes de M51, 64 dansM101 et 116 dansM104. Le phénomène, présumé comme le passage d'une exoplanète, n'avait été détecté que sur M51-ULS-1. Or, le prochain passage est prévu dans 70 ans environ, ce qui reste difficile à confirmer[31].
Il s'agit de la toute première exoplanète détectée en dehors de laVoie lactée. Cette découverte a été réalisé grâce auxtransits que la planète effectue devant une source derayons X, qui peut être soit uneétoile à neutrons soit un trou noir, enétoile binaire d'objets compacts avec une étoile supergéante, probablement de type B[32],[33].
Dans leciel terrestre, la galaxie M51 se trouve près de la frontière entre la constellation desChiens de chasse et celle de laGrande Ourse. Elle peut être repérée en utilisantAlkaïd (η UMa), la dernière étoile qui compose l'extrémité du manche de laGrande Casserole (Grande Ourse). Depuis celle-ci, M51 se trouve à environ 3,5° vers le sud-ouest.
Avec une magnitude apparente égale à 8,4, M51 peut être distinguer sous un ciel sombre à l'aide d'une paire dejumelles dont l'ouverture est d'au moins 40-50 mm, ou d'un petit télescope[34]. Elle apparaît alors sous la forme d'une faible tâche floue[35]. Avec un télescope de 60 mm, les noyaux de M51 et de NGC 5195 peuvent être résolus séparément. Un instrument de 200 mm est nécessaire pour commencer à distinguer la structure spiralée[36].
Comme c'est souvent le cas pour de nombreuxobjets du ciel profond à l'aspect nébulaire, la véritable étendue et les détails de la structure de M51 ne peuvent être obtenus qu'enastrophotographie.
Puisque sadéclinaison est supérieure à 47°, M51 est toujours située au-dessus de l'horizon pour un observateur situé à unelatitude nordique supérieure à 43°. Il s'agit par conséquent d'unobjet circumpolaire.
Cette supernova a été découverte le par les astronomes amateursaméricains Tim Puckett[39] et Jerry Armstrong, puis rapportée par les amateurs Wayne Johnson, Doug Millar, Richard Berry et Reiki Kushida[40]. D'une magnitude apparente de 13,5 au moment de sa découverte, elle était detype Ic[41].
La supernova SN 2005cs (point lumineux au centre du cercle) vue dans la galaxie M51 (NOAO).
Cette supernova a été découverte le par l'astronome amateurallemand Wolfgang Kloehr[42],[43]. D'une magnitude apparente de 14 au moment de sa découverte, elle était detype II[44].
Cette supernova a été découverte le (ou le selon la base de données TNS (Transit Name Serveur)[45]) par Tom Reiland, Thomas Griga, Amedee Riou et Stephane Lamotte Bailey[46]. D'une magnitude apparente de 14 au moment de sa découverte, elle était de type IIP[45].
Plusieurs galaxies de ces six groupes de Garcia ne figurent pas dans la liste du groupe de M101 de Mahtessian. Il y a plus de 120 galaxies différentes dans les listes des deux auteurs. Puisque la frontière entre un amas et un groupe de galaxies n'est pas clairement définie (on parle de 100 galaxies et moins pour un groupe), on pourrait qualifier le groupe de M101 d'amas galactique contenant plusieurs groupes de galaxies.
↑Sur cette image, les observations réalisées par Hubble (lumière visible) apparaissent en vert, celles de Spitzer (infrarouge) en rouge, celles de GALEX (ultraviolet) en bleu et celles de Chandra (rayon X) sous la forme de points violacés.
↑Aaron E.Watkins, J. ChristopherMihos, MatthewBershady et PaulHarding, « Discovery of a vast ionized gas cloud in the M51 system »,The Astrophysical Journal Letters,vol. 858,no 2,,p. L16(lire en ligne[PDF])
↑A.Beifiori, M.Sarzi, E.M.Corsini, E.Dalla Bontà, A.Pizzella, L.Coccato et F.Bertola, « UPPER LIMITS ON THE MASSES OF 105 SUPERMASSIVE BLACK HOLES FROM HUBBLE SPACE TELESCOPE/SPACE TELESCOPE IMAGING SPECTROGRAPH ARCHIVAL DATA »,The Astrophysical Journal,vol. 692,no 1,,p. 856-868(DOI10.1088/0004-637X/692/1/856,lire en ligne[PDF])
↑NASA,Chandre Sees Evidence for Possible Planet in Another Galaxy, le 25 octobre 2021(en)[1]
↑R. DiStefano, JuliaBerndtsson, RyanUrquhart, RobertoSoria, Vinay L.Kashyap, Theron W.Carmichael et NiaImara,M51-ULS-1b: The First Candidate for a Planet in an External Galaxy,, PDF(lire en ligne)