Découverte de la vraie nature de la

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1 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

2 La Voie Lactée (1)

3 La Voie Lactée (2)

4 La Voie Lactée (3) 100 milliards d’étoiles

5

6 Messier 31

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

8 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

9 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

10 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

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

12 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

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

14 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

15 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

16 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)

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

18 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 ~ grains/cm3 (1 grain/100 m3)

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

20 Rougissement interstellaire
grains rg ~ 0.1 mm lumière visible l ~ 0.5 mm lumière bleue ( mm) plus affectée que lumière rouge ( mm)

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

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

23 Composantes de la Galaxie
disque Halo al al 400 al Bulbe

24 Composantes de la Galaxie

25 Composantes de la Galaxie

26 Composantes de la Galaxie
DISQUE: aplati, D ~ 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 Msoleil

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

28 Populations stellaires

29 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 ~ 0.4-2 1011 109 elliptiques sphérique bulbe & halo >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.)

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

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

32 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

33 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

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

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

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

37 Super bulles Temp.: 106 K

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

39 Nébuleuses planétaires

40 Amas globulaires

41 Amas ouverts

42 Nébuleuses diffuses

43 Rotation de la Galaxie La Galaxie n’est pas en rotation comme un corps solide * vrad = 0 * vrad < 0 * vrad > 0 Rotation différentielle

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

45 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

46 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

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

48 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

49 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

50 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)

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

52 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

53 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 millions d’années

54 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

55 Réactions en chaîne 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

56 Formation de la Voie Lactée