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Le Monde des Galaxies. Quelques rappels : Nous avons étudié: en 2002 le Système solaire C est lensemble des objets soumis au champ de gravitation du Soleil.

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1 Le Monde des Galaxies

2 Quelques rappels : Nous avons étudié: en 2002 le Système solaire C est lensemble des objets soumis au champ de gravitation du Soleil (notre étoile) Le système solaire sétend jusqu à une distance de 2 années lumières 1 al = 9, km. Planètes et leurs satellites, astéroides, comètes.

3 en 2003 le Monde des étoiles Les étoiles sont des astres qui ont des masses comprises entre 0.08 et 60 Masse solaire (MS). Types spectraux : O, B, A, F, G, K, M, R, N. Températures ° K ( O5) 2600° K ( M5) Durée de vie dépend de la masse initiale: plus la masse est grande, plus court est la durée de vie. Fin de vie dépend aussi de la masse Naines blanches ( m < 1,4 MS), Etoile à neutrons (1,4 3 MS) Distances: étoile la plus proche alpha du centaure située à 4,3 al soit 1,3 pc

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5 A La Découverte Des Galaxies Définition: Une galaxie est un ensemble lié d étoiles, de gaz et de poussières de diamètre moyen de lordre de al, le nombre détoiles est de lordre de 100 milliards et dont la masse de gaz représente de zéro à 30% de la masse totale. Lanalyse du contenu des galaxies (proportion des différents types détoiles, des régions de gaz chaud, des régions de gaz froid) montre que la séquence des types morphologiques a une signification physique liée à la proportion détoiles jeunes et de gaz. LANALYSE DU CONTENU se fait à partir DE METHODES DOBSERVATIONS qui seront décrites dans le cours de G. COMTE.

6 Un peu dhistoire Lobservation de la voie lactée révèle que celle ci contient des astres qui ont une image étendue et diffuse, doù le nom général de NEBULEUSES. C. Messier (1771, 1784) publie les premiers catalogues de 45 et 103 nébuleuses (M1 = nébuleuse du crabe). W. et J. Herschel observent les nébuleuses avec un télescope de 122cm et constatent que certaines dentre elles sont des amas détoiles et que dautres ne se résolvent pas en étoiles. W. Herschel émet lhypothèse de lexistence dun fluide lumineux non résoluble. Doù quelle est la nature de ces dernières nébuleuses, seraient elles dautres voies lactées?? En 1840 J.Herschel publie le « General Catalogue »qui contient 5000 nébuleuses et amas. Dreyer (1888) publie le « New General Catalogue comprenant 7800 objets; Andromède est identifiée comme NGC 224.

7 1850 Lord Rosse (télescope de 133cm) découvre que certaines nébuleuses ont une structure spirale. La spectroscopie des nébuleuses réalisée par Huggins (1864) indique 2 types de spectres: les spectres où apparaissent des raies démission dues à lémission dun gaz excité les spectres qui ont des raies dabsorption comme celles observées dans les spectres stellaires. Mais restait à connaitre la distance des nébuleuses pour cerner leur véritable nature. IL FALLAIT DETERMINER LES LIMITES DE NOTRE GALAXIE

8 La structure de notre galaxie a été explorée par W. Herschel et J.C. Kapteyn, (méthode de comptage). Cette méthode a montré que: Notre galaxie est un système plat de x 6000 a.l. et a conduit à placer notre système solaire au centre de ce système. H. Shapley en étudiant la distribution dans lespace des amas globulaires, montre que celle ci est symétrique en latitude mais dissymétrique en longitude, et conclut que LE SOLEIL NEST PAS AU CENTRE DE LA GALAXIE. En 1917 Shapley propose le modèle suivant: La majorité des étoiles sont dans un disque plat dont le diamètre est de a.l. et le centre est situé dans la direction de la constellation du Sagittaire.les amas globulaires sont répartis de manière sphérique autour du centre de la galaxie.

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10 On sait aujourdhui que notre galaxie est constituée dune centaine de milliards détoiles de gaz interstellaire contenant des grains de poussières (voir schéma) et que ces composants ne forment que 10% de sa masse. Les 90% de la masse sont de la matière noire dont on ne connait pas la constitution. Le bulbe de forme ellipsoidale a un diamètre de a.l.et une épaisseur de 3000 a.l. Le disque a une épaisseur de 1000 a.l. et sétend sur a.l. Le halo est une sphère de a.l. de rayon. Le Soleil est situé à a. l. du centre de la galaxie J. COLIN fera une étude détaillée des différentes composantes de notre galaxie qui se distinguent par leur contenu ainsi que par les âges et les mouvements des étoiles. Il vous dira comment on a mis en évidence lexistence de la matière noire dans lUnivers.,

11 Le Grand Débat Les galaxies ont été reconnues seulement vers les année comme le constituant fondamental de lUnivers après de longues discussions. Cest la difficulté dans lestimation des distances qui a joué un rôle crucial dans le débat sur la nature des nébuleuses quil fallait localiser par rapport à une galaxie dont les dimensions étaient controversées. Deux visions saffrontent: Shapley place des petites nébuleuses spirales et elliptiques dans le halo de notre galaxie dont il surestime les dimensions. Curtis défend la conception des îles univers et considérait de grandes nébuleuses spirales et elliptiques analogues à notre galaxie et situées bien au- delà de celle-ci

12 En 1924 Hubble observe des Cépheides dans plusieurs nébuleuses, et applique la relation période luminosité. Ainsi il trouve que la nébuleuse dAndromède est située à une distance de a.l. ( la valeur actuelle de la distance de 2 millions a.l.), bien à lextérieur de notre galaxie. Les travaux de Trumpler sur labsorption interstellaire et la détermination des distances des nébuleuses par Hubble mettent fin au grand débat. Certaines nébuleuses constituent de vastes systèmes stellaires analogues à notre galaxie et situées à de grandes distances. Galaxies sont ces nébuleusesextérieures à notre galaxie et les Nébuleuses sont les nuages de gaz dans la galaxie;

13 Classification des Galaxies Galaxies elliptiques: constituées détoiles vieilles et contiennent une très faible quantité de gaz et de poussières. Galaxies spirales:(classiques ou barrées) constituées dun noyau entouré dun disque ou apparait la structure spirale.Contiennent des étoiles de tous les âges, grandes quantités de gaz et de poussières. Galaxies irrégulières: aspect difforme, elles sont riches en gaz et en poussières. Galaxies particulières: qui ont des formes diverses et sont le résultat dinteraction gravitationnelle entre galaxies.

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23 Galaxies à noyau actif: Ces galaxies se distinguent par la présence en leur centre dune région extrêmement petite (noyau) dans laquelle une très grande quantité dénergie est produite. On distingue: Les galaxies de Seyfert : galaxies spirales qui ont au centre une région très brillante dont léclat varie. Le noyau peut émettre 10 fois plus de lumièere que toute la voie lactée. Les radiogalaxies ce sont des galaxies elliptiques et présentent un rayonnement extrêmement puissant dans le domaine radio, qui provient du noyau central et de deux lobes à peu près symétriques qui peuvent sétendre àdes millions dannées lumière du noyau. Les blazards objets apparaissant comme des objets ponctuels extrêmement brillants et fortement variables. Ce sont probablement un cas particulier de radiogalaxies.

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25 Les quasars En examinant des radio sources, Alan Sandage (1960) découvre que certaines dentre elles coincident avec des étoiles très bleues dont le spectre montre des propriétés étranges, celui ci correspond à des raies démission fortement décaléés vers le rouge. En calculant leur distance on trouve que ces étoiles se trouvent à des milliards de a.l.. Et daprès leur magnitude apparente on en déduit que ces étoiles rayonnent comme fois notre galaxie toute entière. Il ne peut donc pas sagir détoiles mais de galaxies extraordinairement brillantes.

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27 Evolution des Galaxies: Elle est réglée par les transformations mutuelles que subissent ses constituants fondamentaux: les étoiles et le gaz. Initialement une galaxie se forme à partir dun immense nuage de gaz en rotation qui se contracte à mesure quil perd de lénergie sous leffet des collisions entre les nuages plus petits qui le constituent. Au cours de ces collisions des étoiles naissent et appauvrissent la galaxie en gaz, et le nuage initial saplatit. Les étoiles évoluent et restituent une faible partie du gaz initial mais ce gaz est enrichie en éléments lourds fabriqués par les étoiles. Lévolution dune galaxie se traduit par un appauvrissement progressif en gaz au profit des étoiles et un enrichissement en éléments lourds du milieu interstellaire résiduel.

28 AMAS et SUPER AMAS DE GALAXIES: Les galaxies en général ne sont pas isolées elles ont tendance à se regrouper. On distingue: Les GROUPES de galaxies quand lensemble contient moins dune centaine de galaxies. Ensuite on a des AMAS dont la taille caractéristique est de lordre de quelques Mpc (une dizaine de millions de a.l.) Ces amas se regroupent en SUPER AMAS de taille de quelques dizaines de Mpc ( une centaine de a.l.) Le GROUPE LOCAL: dont notre galaxie et la galaxie dAndromède sont les membres les plus importants. On connait 30 membres. Taille environ 1 Mpc (~3 millions de a.l. )

29 Amas de la Vierge est à 52 millions de a.l. et contient quelques centaines de galaxies essentiellement spirales et irrégulières et une géante elliptique M 87;

30 Cette image montre les galaxies dans une tranche de lunivers de 4 degrés dépaisseur.On voit les concentrations en amas et superamas,les filaments qui relient les superamas et les zones de vide en forme de bulles.

31 Inconvénients de la promiscuité: Dans un amas la distance entre 2 galaxies est en moyenne de lordre de 10 fois leur diamètre seulement les rencontres entre les galaxies sont donc assez fréquentes Ainsi Andromède qui se rapproche de notre galaxie à la vitesse de 90 km/s aura une collision avec notre galaxie dans quelques milliards dannées On a deux sortes de collisions: On peut avoir des rencontres très proches sans collision, les forces de gravité (forces de marées) déforment les galaxies, les orbites des étoiles sont perturbées, il peut y avoir échange détoiles entre les deux galaxies.

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33 Existence de pont de matière, échange détoiles

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36 Collisions frontales: là encore les orbites des étoiles sont perturbées,les chocs entre les étoiles sont inexistants (distance entre les 2 étoiles est 10 millions de fois plus grande que leur diamètre). Les galaxies sont déformées. Mais les nuages de gaz sécrasent lun contre lautre,sont comprimés et chauffés durant le choc il y a déclenchement de formation détoiles, dans lopération les 2 galaxies peuvent perdre complètement leur gaz.

37 LHistoire de lUnivers

38 Comment et quand se sont formées les galaxies que nous observons actuellement? Formuler une représentation de lunivers et énoncer son histoire constituent des désirs que lon retrouve dans toutes les civilisations mêmes anciennes. Marc Lachièze –Rey nous exposera lévolution des idées au cours du temps et fera une introduction à la relativité génerale et montrera que cette théorie permet de construire des modèles d univers. Alberto Cappi fera un exposé détaillé sur la théorie du big bang, ses limites et discutera les nouveaux résultats dobservations qui remettent en cause la théorie du Big Bang.

39 Le Big Bang est un évènement assimilable à une gigantesque explosion qui daprès les modèles cosmologiques retenus actuellement serait à lorigine de lUnivers. Ces modèles théoriques décrivent lévolution dun univers homogène et isotrope en expansion à partir dun état initial de température et densité infinies. Les Faits dobservation en faveur de la théorie du big bang: Mouvement de récession des galaxies ( décalage spectral vers le rouge des galaxies observé vers E. Hubble vers 1930) interprété comme un mouvement dexpansion. Le rayonnement du fond du ciel ( prédit par Gamov 1948) et détecte par A. Penzias et R. Wilson en 1965 le 3°K ou rayonnement fossile. Labondance chimique des éléments légers hydrogène et hélium: les valeurs observées impliquent que lunivers a connu une phase primordiale très chaude et très dense.

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41 Mais cependant ce modèle présente des failles et au fur et à mesure que les observations deviennent de plus en plus précises le modèle du Big Bang présente des contradictions. Pour mesurer lexpansion on a observé des super novae lointaines. Et les explosions sont toutes plus faibles que ce que la loi dexpansion régulière du Big Bang prévoyait, c-à-d que les super novae se touvent plus loin que prévu. Il semblerait que lexpansion saccélère. On évoque lénergie sombre ou lénergie noire qui augmenterait le volume de lunivers. Daprès le modèle du big bang, les premières galaxies auraient été formées quelques milliards dannées après lexpansion, mais on a observé en 2004 une galaxie qui serait apparue 750 millions dannées après lexplosion et quelques mois après au VLT une galaxie encore plus vieille, elle aurait été formée quand lunivers avait 475 millions dannées.

42 Ainsi les problèmes ne sont pas résolus

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