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Astronomie dobservation 203-CCB A-2009 Chapitre 12 La nature des nébuleuses spirales.

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1 Astronomie dobservation 203-CCB A-2009 Chapitre 12 La nature des nébuleuses spirales

2 Une brève histoire du centre de lUnivers Les astronomes de lAntiquité connaissaient déjà lexistence de la Galaxie, ou Voie lactée, cette bande « laiteuse » qui traverse le ciel. Galilée, en 1609, nous apprend que cette traînée blanchâtre était constituée de plusieurs milliers détoiles dintensité trop faible pour être distinguées individuellement. Thomas Wright vers 1740 suggère que nous vivons à lintérieur dun disque détoiles, le plan du disque coïncidant avec la bande de la Voie lactée. En 1780, William Herschel entreprend de dresser une première carte en trois dimensions de la Galaxie. Le Soleil était approximativement au centre dun disque aplati détoiles cinq fois plus étendu selon le plan de la Voie lactée que selon la perpendiculaire. Les dimensions de ce disque demeuraient indéterminées.

3 LUnivers de William Herschel Soleil En 1780, William Herschel entreprend de dresser une première carte en trois dimensions de la Galaxie. Le Soleil était approximativement au centre dun disque aplati détoiles cinq fois plus étendu selon le plan de la Voie lactée que selon la perpendiculaire. Les dimensions de ce disque demeuraient indéterminées.

4 LUnivers de Kapteyn Vers 1900, Jacobus Kapteyn arriva à la conclusion que le Soleil occupait le centre dun disque aplati détoiles de a.l. de diamètre et de a.l. dépaisseur. ( ) LUnivers de Kapteyn Système solaire a.l a.l.

5 Rappel Le parsec est défini comme la distance dune étoile ayant une parallaxe annuelle de 1 seconde darc. Soit: 3,24 a.l ou 3,1x10 13 km Létoile la plus près se trouve à environ 1 pc de la Terre.

6 Le grand débat de 1920 En avril 1920, H.D. Curtis de lobservatoire Lick et Shapley se rencontrent au « National Academy of Sciences » pour débattre de deux grandes questions: Les dimensions de notre Galaxie; La distance et la nature des nébuleuses spirales. Harlow Shapley Heber Curtis

7 Le grand débat de Les opposants Harlow Shapley En 1920 Harlow Shapley était un jeune astronome ambitieux. Il avait publié une série de papiers marquant plusieurs découvertes fascinantes astronomiques - plusieurs fois l'implication des propriétés d'étoiles dans des systèmes binaires ou des groupes globulaires. Il était une gloire montante lui-même - un enfant chéri d'astronomie.

8 Le grand débat de Les opposants Heber D. Curtis En 1920 Heber D. Curtis était un peu plus vieux, plus établi et très respecté dans le milieu scientifique. Il avait publié une série de papiers sur les propriétés des nébuleuses spirales. Il avait une vision « conservatrice » et exigeait des preuves solides.

9 Le grand débat de 1920 Les dimensions de notre Galaxie Selon Shapley En basant son modèle sur une distribution asymétrique des amas globulaires, Shapley estima que: le diamètre de notre Galaxie était de 100 kilo parsecs, 10 fois plus grand que la valeur de Kapteyn. Shapley éloigna le centre de la Galaxie denviron 20 kilo parsecs du Soleil, un changement dramatique. Selon Curtis En basant son analyse sur une méthode de comptage d'étoiles et des évaluations de distance impliquant les types spectraux et les éclats intrinsèques d'étoiles. Curtis reprend la vision plus traditionnelle de Kapteyn et croit que le diamètre de notre Galaxie est denviron 10 kpc, beaucoup plus petit que la vision de Shapley.

10 Le grand débat de 1920 La distance et la nature des nébuleuses spirales Selon Shapley, cette grande Meta-galaxie représentait tout l'univers et les nébuleuses spirales nétaient simplement que des régions détoiles en formation. Si les nébuleuses spirales possèdent une dimension comparable à notre Galaxie (100 kpc), ainsi la galaxie dAndromède M31 serait tellement éloignée que leurs « novæ » devraient être plus brillantes que celles appartenant à notre Galaxie. Les mesures du mouvement propre des nébuleuses spirales par A. van Maanen indiquent quelles tournent à raison de 0,02 seconde darc par année, ce qui impliquent quelles ne sont pas trop éloignées.

11 Le grand débat de 1920 La distance et la nature des nébuleuses spirales Selon Curtis, les nébuleuses spirales étaient des systèmes d'étoiles - des univers-île semblables à notre propre Galaxie. Il estime la distance nous séparant de ces galaxies entre 150 kpc (M31) jusquà kpc pour les galaxies les plus éloignées. Léclat apparent des novæ dans les nébuleuses spirales implique des distances >150 kpc Situé à150 kpc, M31 devrait être de dimension comparable à lunivers de Kapteyn

12 Qui a gagné ? Chacun des participants avait raison sur certains points mais tord sur dautres points. Harlow Shapley Shapley avait raison déloigner le Soleil du centre de la Galaxie. Copernic des temps modernes, Shapley marginalisait à son tour notre position dans lUnivers. Non seulement la Terre nétait pas le centre du système solaire, mais à présent notre Soleil nétait même plus le centre de la Galaxie. Shapley avait également raison dans lévaluation de létendue de notre Galaxie. Harlow Shapley était un grand astronome.

13 Qui a gagné ? Chacun des participants avait raison sur certains points mais tord sur dautres points. Heber Curtis Curtis, cependant, avait raison quant à la nature des nébuleuses spirales.

14 Edwin Hubble En 1925, Hubble annonça quil avait découvert dans plusieurs nébuleuses spirales des étoiles variables céphéides. Lestimation de leurs distances les plaçaient largement à lextérieur de la Voie lactée.

15 Les céphéides dans M100

16 Variation dintensité pour les céphéides

17 Les indicateurs de distance: les étoiles céphéides (< 10 Mpc)

18 La Galaxie spirale M100 (6 Mpc)

19 M83 notre Soleil pourrait être là M 83

20 Disque Noyau (~ 3 pc) Bulbe (~ 3 kpc) Halo sphérique (> 30 kpc) Amas Globulaires notre Soleil pourrait être là NGC 4565

21 La classification des galaxies selon Hubble

22 Elliptiques M89 – E0

23 Elliptiques M87E1

24 Elliptiques M32E2, naines

25 Elliptiques M49-E4

26 Elliptiques M59-E5

27 Lenticulaires M84S0

28 Lenticulaires NGC5866 – S03

29 Spirales M65--Sa

30 Spirales M104Sa Sombrero

31 Spirales M31 -- Sb Andromède

32 Spirales M33--Sc

33 Spirales -- barrées M58--SBb

34 Le décalage vers le rouge À la suite de ses études sur les décalages vers le rouge des spectres de galaxies, Hubble énonça en 1929 une loi nommée depuis la loi de Hubble.

35 Graphique illustrant la loi de Hubble

36 La loi de Hubble Constante de Hubble Vitesse de récession (km/s)

37 Expansion de lUnivers

38 Georges Lemaître Lemaître pose la question dune singularité initiale sans pour autant en déduire la nécessité. Il parlera plus tard dun atome « primitif ». Il croît à lexpansion à partir dun rayonnement initial, à condition que celui-ci puisse se transformer ensuite en matière. Cette théorie est appelée aujourdhui la théorie du Big Bang !

39 Théorie dun Univers stationnaire (Hoyle, Bondi et Gold) Lunivers est en expansion, et il y a création continue de matière, de sorte que la densité moyenne de lUnivers ne change pas. LUnivers na ni commencement ni fin. Cette théorie doit être rejetée suite à la découverte de...

40 Penzias et Wilson

41 Rayonnement radio (ou rayonnement (fossile) Rayonnement dun corps noir. Maximum dénergie pour une longueur donde de 1mm. Identifié comme étant le rayonnement de fond laissé par le Big Bang.

42 Cosmic Background Explorer (COBE)

43 Le rayonnement cosmique

44 Trois principales raisons en faveur de la théorie du Big Bang. Le décompte des radiosources (plus tard, les Quasars). Présence dune proportion plus élevée de sources faibles que de sources brillantes; Le rayonnement fossile; Labondance relative des éléments.

45 Abondance des éléments

46 Pour obtenir lâge de lUnivers En extrapolant le taux dexpansion de lUnivers :10 à 20 milliards dannées. En recherchant les plus veilles étoiles (dans les amas globulaires) 11 à18 milliards dannées.

47 Amas globulaire M15


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