Quelles sont les limites d'une galaxie?

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1 Diapo 1 Quelles sont les limites d'une galaxie? Cédric Mulet-Marquis, ENS Lyon UP Lyon 09-10

2 Diapo 2 Quelques exemples de galaxies Dans la suite, on s'intéressera surtout à la voie lactéee Galaxie spirale M74 Galaxie spirale barrée NGC1365 Gemini Observatory ESO/VLT

3 Diapo 3 Galaxie elliptique M87 Galaxie irrégulière Grand Nuage de Magellan ESO

4 Diapo 4 La Voie Lactée La voie lactée vue de l'intérieur La voie lactée comme elle serait vue de loin Vous êtes ici NASA/R.Hurt

5 Diapo 5 Quelques chiffres pour commencer Diamètre : al Si 1cm 1al, étoile la plus proche à 4 cm, voie lactée de diamètre 1 km (à cette échelle le système solaire jusqu'à la ceinture de Kuiper mesure 10 µm) Nombre d'étoiles : 150 milliards Position du Soleil : al du centre, rotation en 225 millions d'années

6 Diapo 6 Aparté : détermination des distances dans la voie lactée (quelques unes des méthodes) Université de Rennes Objets proches : parallaxe Du fait du mouvement de la Terre autour du Soleil, une étoile proche semble se déplacer par rapport à des étoiles très lointaines Amplitude du mouvement faible vue l'éloignement des étoiles : angle de 1''(pièce de 1centime à 4km) pour une étoile à 3,26 al= 1pc

7 Diapo 7 Hipparcos ESA Gaia ESA Satellite Hipparcos (début années 1990) : Parallaxe de étoiles à 0,001'' près soit une pièce de un centime à 4000km, distances précises jusqu'à environ 1000 al Satellite Gaia, successeur d'hipparcos (lancement prévu en 2011) : parallaxe de un milliard d'objets avec une précision de 0,00001'' (10-5 '') soit une pièce de un centime sur la Lune, distances précises jusqu'à environ al-> toute la voie lactée couverte

8 Diapo 8 Une céphéide observée par Hubble dans M100 Etude d'étoiles particulières, par exemple les céphéides Les céphéides sont des étoiles géantes dont la luminosité varie périodiquement Pour les céphéides, relation très précise entre la période et la luminosité absolue (plus la période est longue et plus la luminosité absolue est grande) En mesurant la période et la luminosité apparente, on peut déduire la distance Méthode très puissante, valable pour de très grandes distances NASA/HST

9 Diapo 9 Les étoiles dans la voie lactée Le voisinage du Soleil Si 1mm 100 millions de km, Terre à 1,5 mm du Soleil Ceinture de Kuiper à 10 cm étoile la plus proche à 400 m à cette échelle la voie lactée mesure km

10 Diapo 10 Les étoiles sont principalement dans le disque... Bras spiraux : Ce ne sont pas des structures rigides (impossibilité à cause des vitesses de rotation différentes des étoiles) Ondes de pression excitées de temps à autres (par exemple lors de l'approche d'une autre galaxie) Le passage de l'onde de pression va favoriser la formation d'étoiles : ces étoiles jeunes et brillantes matérialisent l'onde de pression

11 Diapo mais il en existe aussi loin du disque Dans les amas globulaires, Répartition dans la voie lactée qui se regroupent dans le halo. Diamètre al Amas globulaire M13 Obs. Marseille STSCI Obs. Marseille

12 Diapo 12 Le gaz dans la voie lactée Carte de l'hydrogène atomique dans la voie lactée Dickey, NRAO 10% de la masse visible de la voie lactée (90% pour les étoiles), principalement de l'hydogène Proportion plus grande dans le passé (avant la formation d'étoiles) Beacoup d'états différents Hydrogène atomique (100K=-170 C), densité 50 part/cm 3 Hydrogène moléculaire froid (10K=-260 C), densité 1000 part/cm 3

13 Diapo 13 Gaz ionisé par des étoiles chaudes ( C), densité 1000 part/cm 3 Plasma à très haute température (1 million K) autour de la voie lactée densité 2 part/cm 3 La nébuleuse d'orion éclairée par des étoiles jeunes ESO

14 Diapo 14 Et aussi... Des poussières résultant de l'activité stellaire Un champ magnétique : un millionième du champ magnétique terrestre

15 Diapo 15 Les relations de mauvais voisinage Galaxies en général et voie lactée en particulier ne sont pas isolées mais dans des groupes Le quintet de Stephan Les galaxies naines satellites de la voie lactée ESA wikipedia

16 Diapo 16 Quelques unes des galaxies satellites de la voie lactée Le petit et le grand nuage de Magellan Galaxie naine du sagittaire M.Lorenzi Galaxie naine du Dragon NASA/HST AAO/D.Malin

17 Diapo 17 Interactions qui peuvent être violentes : Transfert de matière entre les galaxies Flambés d'étoiles Déformation Fusion complète Une simulation de collision Une collision réelle : la galaxie des antennes ESA/HST

18 Diapo 18 Dans la voie lactée ces effets sont observés : courant magellanique Roeland et al 2004 Détection de ces étoiles : Vitesses communes et différentes des étoiles alentour Métallicité différente des étoiles alentour

19 Diapo 19 Le centre galactique Situé dans le Sagittaire R.Genzel et al, 2004 Une vue en IR Visible en IR, en radio ou en Gamma Enorme masse au centre de la voie lactée dans un très petit volume (distance inférieure à la distance Mercure Soleil) Enorme luminosité : Estimation par le mouvement des étoiles : 3,6 million de masse solaire

20 Diapo 20 Probablement un trou noir Confirmation par émission de rayons gamma Aharonian et al 2006

21 Diapo 21 Le problème de la masse manquante Problème soulevé par Zwicky dès 1933 : On estime la masse d'une galaxie à partir des étoiles observées : masse lumineuse On l'estime en appliquant les lois de la gravitation aux étoiles en rotation dans la galaxie : masse gravitationnelle Les deux valeurs ne coïncident pas : la masse lumineuse est entre 5 à 10 fois plus faible que la masse gravitationnelle

22 Diapo 22 Une illustration : courbe de rotation des galaxies Vitesse mesurée Vitesse calculée à partir de la masse lumineuse Une première possibilité : il y aurait beaucoup de matière non lumineuse dans une galaxie Gaz Étoiles très faiblement lumineuses Cette matière existe mais en faible quantité

23 Diapo 23 Autre possibilité : il existe un type de matière encore inconnu, qui n'émet pas de lumière, la matière noire Point fort : on peut expliquer par exemple les courbes de rotation des galaxies Points faibles : Explication au cas par cas pour chaque galaxie Cette matière n'a encore jamais été détectée

24 Diapo 24 Autre possibilité : il faut modifier les lois du mouvement de Newton, théorie MOND (MOdified Newtonian Dynamics) Initiateur : Mordehai Milgrom Idée : on introduit une nouvelle grandeur fondamentale, une accélération a 0 Points faibles : Pour l'instant un peu empirique, pas d'assise théorique profonde Théorie pour l'instant difficile à tester en laboratoire

25 Diapo 25 Rottema et al, 2002 Points forts: On peut expliquer les courbes de rotation des galaxies simplement à partir de la matière visible, et en général avec une meilleure précision que la matière noire Pas de traitement au cas par cas, une fois a 0 fixée, tout le reste en découle