Découverte de la vraie nature de la La Voie Lactée Découverte de la vraie nature de la Voie Lactée Démocrite (~400 BC): premier à suggérer qu’il s’agissait d’un grand nombre d’étoiles non résolues Galilée (~1610): confirme la perception de Démocrite avec sa lunette

La Voie Lactée (1)

La Voie Lactée (2)

La Voie Lactée (3) 100 milliards d’étoiles

Messier 31

Vue de la Voie Lactée Orbite de la terre et direction du centre de la galaxie

Modèle de Herschel Emmanuel Kant (~1750): suggère que la Voie Lactée est un disque d’étoiles Herschel (1773): modèle héliocentrique basé sur des comptages d’étoiles disque d’étoiles, diamètre: 10 kpc avec le Soleil au centre

Modèle de Kapteyn Comptage d’étoiles (échantillon plus grand que celui de Herschel) Conclusions: les étoiles ne sont pas distribuées uniformément le nombre d’étoiles diminue avec r dans toutes les directions le Soleil ne peut qu’être au centre de la distribution Explication: extinction due à la poussière

Modèle et échelle de l’univers de Kapteyn – 1918 Modèle de Kapteyn Modèle et échelle de l’univers de Kapteyn – 1918 Modèle héliocentrique – 150 ans après Herschel

Modèle de Shapley (1918) Utilise la relation période-luminosité des étoiles céphéides pour étudier la distribution des amas globulaires

Modèle de Shapley (1918) Les amas ne sont pas distribués uniformément en longitude mais il y a une forte concentration dans la direction du Sagittaire

Modèle de Shapley (1918) Les amas sont distribués uniformément en latitude, c’est-à-dire de chaque côté du plan de la Galaxie

Modèle de Shapley (1918) Conclusion de Shapley: si les amas globulaires sont distribués uniformément autour du centre de la Galaxie ce centre ne peut être à la position du Soleil ce centre est plutôt dans la direction du Sagittaire

Modèle de Shapley (1918) Shapley estime Rsoleil ~ 14 kpc Son modèle est encore valable aujourd’hui Seul problème: facteur d’échelle X2 Rsoleil ~ 8-10 kpc et non 14 kpc

Modèle de Shapley (1918) Erreur de Shapley: il a utilisé la relation période-luminosité des Céphéides (* de Pop I) et l’a appliqué aux étoiles RR Lyrae (* de PoP II)

Poussière interstellaire Autant les mesures de Kapteyn que de Shapley étaient exactes, pourtant 1 seul a raison ! Kapteyn amas ouverts (disque) POURQUOI Shapley amas globulaires (halo) Différence due à la poussière dans le plan du disque

Poussière interstellaire Trumpler (1931) montre de façon convaincante que la lumière émise par une étoile est obscurcie au cours de son trajet vers nous (1 mag/kpc plan) Obscuration est produite par des grains de poussière (silice, graphite …) Rg ~ 0.1 mm rg ~ 10-12 grains/cm3 (1 grain/100 m3)

Extinction interstellaire F0 Fa Ft Fd F0 = flux original Fa = flux absorbé Fd = flux diffusé Ft = flux transmis F0 = Fa + Fd + Ft

Rougissement interstellaire grains rg ~ 0.1 mm lumière visible l ~ 0.5 mm lumière bleue (0.3-0.4 mm) plus affectée que lumière rouge (0.6-0.8 mm)

Gaz interstellaire Mis en évidence par Hartmann (1904) par l’étude des raies de CaII dans un système d’étoile binaire à éclipses

Images de la Voie Lactée Centre dans le visible Vue de COBE dans l’IR lointain

Composantes de la Galaxie disque Halo 100 000 al 30 000 al 400 al Bulbe

Composantes de la Galaxie

Composantes de la Galaxie

Composantes de la Galaxie DISQUE: aplati, D ~ 30-40 kpc * jeunes (pop I) D ~ 600 pc + gaz & poussière D ~ 100 pc * + jeunes dans les bras spiraux BULBE: +/- sphérique * vieilles (pop II) HALO: +/- sphérique * vieilles (pop II) amas globulaires: amas d’étoiles 105-107 Msoleil

Populations stellaires Population I: * jeunes * riches en métaux 2iè génération Population II: * vieilles * pauvres en métaux 1ère génération Différences: composition âge distribution cinématique

Populations stellaires

Populations stellaires Propriétés Pop I jeune Pop I vieille Pop II orbites distribution concentration vitesses (km/sec) épaisseur (pc) éléments lourds (%) masse (Msoleil) âge (années) circulaires plate bras spiraux 8-20 ~100 2-4 2 x 109 0-108 allongées & perturbées intermédiaire disque régulier 20-100 ~400-600 0.4-2 1011 109 elliptiques sphérique bulbe & halo 100-200 >2000 0.1 2 x 1010 1010 objets typiques amas ouverts associations OB gaz & poussière régions HII étoiles A nébuleuses planétaires novae amas globulaires RR Lyrae (P > 0.4 j.)

Populations stellaires Pop I pas homogène Étoiles jeunes près du plan Étoiles vieilles dans un disque plus épais

Milieu interstellaire pas distribués uniformément gaz & poussière nuages denses à différents T 4 types de régions: nuages moléculaires nuages HI Régions HII Super-bulles

Milieu interstellaire Nuages moléculaires temp. ~ 10 K régions froides et denses de poussière & de gaz plusieurs molécules: H2, OH, CO, H2O, CH3CH2OH (alcool éthylique) ~ 50 types de molécules denses formation d’étoiles *O,B chauffent les nuages moléculaires régions HII

Milieu interstellaire Nuages moléculaires La poussière agit comme catalyseur dans la formation de molécules: les différents éléments se rassemblent à la surface des grains les grains protègent les molécules contre le rayonnement UV des * chaudes qui dissocierait les molécules Plus une région est dense et froide (pas d’excitation thermique), plus il est facile à des étoiles de se former par effondrement gravitationnel

Milieu interstellaire Nuages HI temp. ~ 100 K hydrogène neutre HI gaz le plus abondant

Milieu interstellaire Régions HII temp.: 10 000 K entourent les * chaudes O B photons UV des * OB ionisent l’hydrogène *O 10-100 pc diamètres *B 1-10 pc

Milieu interstellaire Super-bulles temp. ~ 106 K (rayons X) produit par les SN

Super bulles Temp.: 106 K

Milieu interstellaire Mgaz/M* ~ 10% Mpoussière/Mgaz ~ 1% Mgaz ~ 1010 Msoleil Mpoussière ~ 108 Msoleil

Nébuleuses planétaires

Amas globulaires

Amas ouverts

Nébuleuses diffuses

Rotation de la Galaxie La Galaxie n’est pas en rotation comme un corps solide * 1 5 3 7 vrad = 0 * 2 6 vrad < 0 * 4 8 vrad > 0 Rotation différentielle

Rotation de la Galaxie Courbe de rotation: mesure des vitesses orbitales en fonction du rayon r

Période de rotation de la Galaxie Rsol = 9 +/- 1 kpc Vsol = 230 +/- 10 km/sec = 240 millions d’années Âge du Soleil = 4.5 milliards d’années ~ 20 révolutions du Soleil autour du centre

Masse de la Galaxie 3iè loi de Képler + Newton P2 (Mgal + msol) = 4 p2r3/G Mgal + msol = r3/P2 Msol << Mgal Mgal = (1.8x109)3/(2.4x108)2 Étude de la dynamique des satellites de la Galaxie MASSE MANQUANTE X 10

Bras spiraux Dilemme de l’enroulement Psol ~ 108 années Âge ~ 1010 années Si les bras spiraux sont des structures solides Il devrait y avoir ~ 50-100 tours Mais on observe ~ 1-2 tours

Bras spiraux Dilemme de l’âge bras spiraux formés d’* O B * O B vivent que qques millions d’années disque ~ 10 milliards d’années bras spiraux ne peuvent être constitués du même matériel depuis le début

Bras spiraux Bras spiraux : délimitent les régions où de nouvelles & se forment à partir du gaz & de la poussière ondes de densité 2 théories: réactions en chaîne

Ondes de densité vague sur l’océan: part du large jusqu’au rivage mais n’est pas toujours constituée des mêmes molécules camion de voirie: v (onde) diff. V(autos)

Ondes de densité Onde de densité P ~ 480 millions d’années entraîne une augmentation de densité de 10% formation d’étoiles

Ondes de densité avec le temps, les * qui soulignent les bras spiraux meurent et l’onde entraîne la compression du gaz & poussière formation de nouvelles étoiles maintiennent les bras spiraux

Ondes de densité Les étoiles jeunes naissent à l’intérieur d’un bras spiral, le traversent, puis meurent rapidement entre les bras *O 5 millions années *B 10-70 millions d’années

Réactions en chaîne formation d’* n’est pas un phénomène continu et uniforme formation d’* se fait dans les amas ouverts et le gaz en expansion des SN (* massives) compresse le gaz & la poussière environnante formation de nouveaux amas, etc

Réactions en chaîne 100-200 millions d’années, une région importante de nouveaux amas contenant des étoiles massives délimite les bras spiraux Les parties intérieures prennent de l’avance sur les parties extérieures -> bras spiraux Une fois le gaz épuisé, le processus recommence dans une autre région de la Galaxie

Formation de la Voie Lactée