Notre Galaxie, la Voie Lactée 26/03/2017 Notre Galaxie, la Voie Lactée Françoise Combes Observatoire de Paris

Présentation générale La Voie Lactée est une galaxie composée de 300 milliards d'étoiles, réparties en: Un bulbe central Un disque mince, un halo stellaire contenant des amas globulaires Le gaz et la poussière sont dans le disque mince ++Halo de matière noire, détecté par sa gravité

Aperçu en optique, infra-rouge

NGC 1232 image VLT-ESO

Galaxie barrée NGC 1365 Hémisphère Sud

Plan de situation Nous orbitons près du Soleil, dans le disque mince Distance au centre 8kpc (rayon du disque optique 15kpc) Disque épais: 1- 2 kpc Halo d'étoiles, quasi sphérique + amas globulaires Disque de gaz très mince, 50-200pc Gaz très étendu, 2-4 x rayon optique Matière noire ? Dessin à la main de Knut Lundmark Suède, 1940 1pc = 3 al 1kpc = 3000 al

Echelles et densités dans l’Univers 20 AU 10- 4pc Système solaire 10-12 g/cm3 Voie Lactée 10-24 g/cm3 Groupe Local 10-28 g/cm3 Amas de galaxies 10-29 g/cm3 Superamas 10-30 g/cm3 Densité photons (3K) 10-34 g/cm3 Densité critique (W=1) 10-29 g/cm3 30 kpc 30 Mpc

Vue de 2 Sosies de la Voie Lactée Face Messier 83 NGC 891 Par la tranche COBE-DIRBE

Gaz et poussière Poussière IRAS 100microns Nuages Moléculaires

HI 21cm

Radio Cont HI 21cm 70cm CO - H2 IRAS 2mm 100 mu COBE-DIRBE Optique Gamma-rays ROSAT X-rays

Ondes de densité spontanées par auto-gravité Simulations N-corps Etoiles Gaz

Simulations (suite) Etoiles Gaz

Formation de spirales et de barres Les spirales sont des ondes de densité Les bras spiraux tournent comme un corps solide Alors que la matière tourne de façon différentielle

Orbites dans une galaxie barrée Les orbites sont soit parallèles, soit perpendiculaires à la barre Elles tournent de 90° à chaque résonance

Ondes de densité, résonances et anneaux Athanassoula 92 Une barre stellaire engendre des bras spiraux dans le gaz La barre exerce alors des couples sur le gaz, qui le font tomber vers le centre Ces couples changent de signe à chaque résonance Le gaz s'arrête aux résonances et forme des anneaux

Anneaux nucléaires, internes et externes La chute de la matière vers le centre peut expliquer l'alimentation des noyaux S'il existe un trou noir supermassif, le gaz va pouvoir tomber directement vers le noyau, au lieu de stationner dans l'anneau Spirales leading/trailing

Un trou noir massif au centre de la Voie Lactée Très peu d'activité (radio source Sgr A) Détecté par la dispersion de vitesses des étoiles 1000km/s Eckart & Genzel 97 Sans Avec trou noir M=2 millions de Mo Mouvements propres Images Infra-rouge

Astrométrie et mouvements propres au centre galactique

Animation du mouvement des étoiles Max-Planck Institut, Allemagne

Il peut se former deux barres emboîtées, comme des poupées russes. Barre dans la Barre Il peut se former deux barres emboîtées, comme des poupées russes. A droite (champ de 36") au sein de la barre primaire (champ de 108") Noter l'étoile en haut à gauche de la barre nucléaire, qui se retrouve dans les deux images et donne l'échelle relative. La barre secondaire tourne plus vite que la barre primaire

Bulbe boîte ou cacahuète Les simulations montrent la formation de cacahuètes, par élévation des étoiles à la résonance de Lindblad Combes & Sanders 81 NGC 128 La galaxie cacahuète COBE Voie Lactée NIR Emsellem & Arsenault 97

Interaction avec les compagnons Grand et Petit Nuage de Magellan Les nuages de Magellan sont déformés par les forces de marée Ils perdent même énormément de gaz atomique HI Vue sur le ciel déprojection La déprojection de la galaxie (LMC) fait apparaître une élongation Ici une photographie prise en Infra-rouge proche 2MASS (2mu) Van der Marel et al 2001

Nuages de Magellan près de leur péricentre aujourd’hui Leur apocentre serait à 100kpc, 2 x leur distance actuelle (Lin et al 95) Le Petit nuage va se séparer du Grand dans 1-2 Gyr Courant de gaz traçant une orbite polaire ‘ Magellanic Stream ’

Reconstitution de l ’interaction Rapport de masse faible, de l’ordre de qq % Plusieurs passages depuis la formation du Groupe Local Les Nuages avancent devant (mvts propres) Contraintes sur la masse de la Voie Lactée V ~200 km/s

Le Courant Magellanique Détecté en hydrogène atomique HI à 21cm de longueur d ’onde Autant de masse de gaz dans le courant que dans le Petit Nuage SMC Le gaz doit avoir été aspiré du Petit Nuage, selon les simulations Putman et al 98

Nuages à grande vitesse tombant sur la Galaxie Origine encore inconnue Leur masse dépend de leur distance Résidus de la formation du Groupe Local? --> très massifs Ou juste chute des Nuages de Magellan? Origines multiples Aussi, effet fontaine après formation de supernovae.. Wakker et al 99

La naine du Sagittaire Sag dw Découverte récente (Ibata et al 1994) à partir de mouvements propres et types d’étoiles Une des 9 naines sphéroïdales à tourner autour de la Voie Lactée! Contient aussi un amas globulaire Messier 54 (connu depuis 1778..) 3 autres amas globulaires: Arp 2, Terzan 7 et 8 seront capturés par la Voie Lactée

Reconstruction de la trajectoire de Sag Dw Ibata et al 2000: contraintes sur la géométrie 3D du halo Il serait possible que tout le halo stellaire soit le résultat de plusieurs actes de cannibalisme par la Voie Lactée Des dizaines de compagnons ont été engloutis Wyse et al. 1998

Interaction avec Andromède La galaxie la plus massive du Groupe Local, comparable à la Voie Lactée, n ’est qu ’à 700 kpc Elle se dirige vers nous à 300km/s Sur la base de sa vitesse radiale, le temps d ’approche est de 2 Gyr Mais sa vitesse tangentielle est inconnue Bientôt des mouvements propres (avec le satellite européen GAIA)

Simulations de la rencontre avec M31 Dubinski 2000

La matière noire Dans le disque optique: autant de matière visible que de matière noire En dehors du disque optique, la matière noire domine Nature: baryonique? 90% de la matière baryonique est noire selon la nucléosynthèse primordiale Candidats: naines brunes, naines blanches --> Semblent éliminés par les lentilles gravitationnelles Ou bien du gaz froid: hydrogène moléculaire

Expériences de lentilles gravitationnelles Evènement OGLE1 Fenêtre de Baade

Naines blanches? Les résultats des expériences MACHOS, EROS, OGLE, DUO exitence d'objets de masse 0.5 Mo Pourraient être de vieilles naines blanches? 3% de la masse noire Mvts propres de naines blanches proches (Oppenheimer et al 01) Etoiles du halo, ou du disque épais?

Matière noire sous forme de gaz moléculaire froid Le gaz H2 ne rayonne pas Le traceur CO n'est présent que dans le disque optique En dehors du disque, le gaz pourrait continuer le milieu interstellaire, avec sa structure fractale Pas (ou très peu) de formation d'étoiles, loin du centre instable

Scénario de formation de la Galaxie Scénario hiérarchique de formation par intéraction/fusion Accrétion de matière par les parties externes Une galaxie aujourd'hui accrète sa propre masse en 7 Gyr Change complètement d'orientation Explique que tous les disques soient gauchis

Simulations cosmologiques Z=5 Z=1 Z=0 Benson et al 01

Conclusions Notre Galaxie dévoile peu à peu ses mystères (noyau, barre, gaz, compagnons, warp, matière noire..) Beaucoup de chemin depuis Hubble, Kapteyn, Lindblad, Oort… Toutes les longueurs d'onde sont explorées Les distances et la dynamique de la Galaxie feront d'immenses progrès avec GAIA