Un scénario de formation de la Galaxie

On imagine que les galaxies se sont formées à partir de nuages de gaz primordiaux (issu du Big Bang). Par effondrement gravitationnel ce nuage de gaz se condense suffisamment pour qu'une première génération d'étoiles naisse en son sein. Ces premières étoiles sont très pauvres en éléments chimiques lourds (ceux-ci sont formés pour la plupart par les étoiles). Leur abondance chimique en éléments légers (c'est à dire formés de peu de protons et neutrons : hydrogène,  hélium, lithium, béryllium, etc...) est essentiellement celle du gaz primordial (créé lors du Big Bang).

Dans le centre de la Galaxie, la densité est plus forte qu'à la périphérie. La formation d'étoiles va donc être plus efficace et plus rapide : on va former un bulbe . Actuellement les étoiles du bulbe sont vieilles (parce qu'elles se sont formées au début de la Galaxie, comme le halo ) et assez riches en éléments chimiques lourds (parce que la formation d'étoiles a été très efficace et que les générations successives se sont enrichies plus rapidement que dans le halo).

Tout le gaz n'est pas transformé en étoiles dans le halo. Après quelques générations d'étoiles le gaz s'effondre dans un disque en se mettant à tourner de plus en plus vite : il forme le disque mince.

Dans ce disque mince, la densité de gaz est beaucoup plus forte que dans le halo primitif. La formation d'étoiles va être plus efficace et va durer beaucoup plus longtemps (jusqu'à l'époque actuelle, en fait). On forme la population d'étoiles dite du disque.

Évolution chimique : Les étoiles de grande masse vivent peu de temps (quelques millions d'années). En fin de vie elles explosent en supernova et rejettent dans le milieu interstellaire des nouveaux éléments chimiques qu'elles ont fabriqué en leur coeur. Ces éléments plus lourds enrichissent donc le gaz dans lequel se formeront les générations suivantes d'étoiles.

Si on trouve une étoile dont le spectre indique une forte abondance en métaux, cela indique que c'est soit une étoile du disque assez jeune (pour que gaz qui lui a donné naissance ait eu le temps de s'enrichir), soit une étoile du bulbe issu d'un milieu qui s'est enrichi très rapidement.

On constate donc au cours du temps une augmentation de la quantité d'éléments lourds dans l'Univers. C'est grâce à ces éléments que la vie est possible sur Terre (et peut-être ailleurs). Le soleil s'est formé il y a environ 4,6 milliards d'années et la Terre peu de temps après. La composition du soleil reflète la composition chimique du gaz dans le disque il y a 4,6 milliards d'années.

Évolution dynamique : La galaxie n'est pas isolée dans l'espace. Elle est entourée de galaxies satellites et des galaxies du groupe local . L'interaction entre ces galaxies donnent lieu parfois à des rencontres qui peuvent influer sur l'évolution.

La population d'étoiles qui forme le disque épais de la Galaxie est probablement issue d'une collision de la Galaxie avec une galaxie satellite. Cet événement a pu se produire peu de temps après la formation d'un disque mince dans la Galaxie. On estime qu'environ 1 milliard d'années après la formation des premières étoiles du disque mince, une galaxie satellite a chauffé le disque par un phénomène de friction dynamique (la rencontre des étoiles et du gaz provoque une dispersion des orbites et le disque mince s'épaissit sensiblement). Après un certain temps (peut-être encore 1 milliard d'années), le gaz est retombé dans le disque mince et la formation d'étoiles a repris normalement, jusqu'à aujourd'hui.

Il a pu y avoir plusieurs événements de ce type depuis la création de la Galaxie. Suivant la masse du satellite qui "tombe" sur la Galaxie, l'événement perturbe plus ou moins l'évolution de celle-ci.