Les galaxies • Classification • Amas • Collisions

Présentation au sujet: "Les galaxies • Classification • Amas • Collisions"— Transcription de la présentation:

1 Les galaxies • Classification • Amas • Collisions
• Galaxies actives et quasars

2 Classification La séquence de Hubble : • elliptiques E0 – E9
• spirales Sa – Sc • spirales barrées SBa – SBc + irrégulières

3 Propriétés globales Spirales Elliptiques Irrégulières
Classification - 2 Propriétés globales Spirales Elliptiques Irrégulières Masse visible (M ) 109 – – – 1010 Diamètre (103 AL) 20 – – – 30 Etoiles tous âges vieilles tous âges Orbites stellaires circulaires elliptiques Matière interstellaire oui non oui On a d’abord imaginé que la séquence de Hubble représentait un chemin évolutif On ne le pense plus maintenant

4 Classification - 3 M74 Type Sc (Gemini)

5 Classification - 4 NGC4565 Type Sb (R. Gendler)

6 Classification - 5 M81 Type Sab (G. Benintende)

7 Classification - 6 M104 « Sombrero » Type Sa (HST)

8 Classification - 7 NGC1300 Type SBbc (HST)

9 (SSRO/PROMPT et NOAO/AURA/NSF )
Classification - 8 NGC1365 Type SBb (SSRO/PROMPT et NOAO/AURA/NSF )

10 « nébuleuse d’Andromède » Type Sb et compagnons M32 NGC205
Classification - 9 M31 « nébuleuse d’Andromède » Type Sb et compagnons M32 NGC205 (elliptiques naines) (R. Gendler)

11 Galaxie principale de l’amas de la Vierge
Classification - 10 M87 Elliptique géante (CFHT) Galaxie principale de l’amas de la Vierge

12 Site de formation active d’étoiles
Classification - 11 M82 Irrégulière (HST) Site de formation active d’étoiles Interaction « récente » avec M81

13 Satellite de notre Galaxie
Classification - 12 Naine du Sagittaire Irrégulière naine (HST) Satellite de notre Galaxie

14 Grand Nuage de Magellan Irrégulière naine + barre
Classification - 13 Grand Nuage de Magellan Irrégulière naine + barre (Wei Hao Wang, IfA, Univ. Hawaii) Principal satellite de notre Galaxie

15 Amas de galaxies Les galaxies ont tendance à se grouper en associations de tailles variables : groupes ou amas • le groupe local contient ~ 30 galaxies dont 2 galaxies importantes il est un satellite de l’amas important le plus proche : • l’amas de la Vierge contient ~ 2000 galaxies dont ~ 100 galaxies importantes • les galaxies elliptiques sont plus nombreuses dans les amas • les galaxies spirales sont plus nombreuses hors des amas

16 L’amas de la Vierge situé à ~ 18 Mpc
Amas de galaxies - 2 L’amas de la Vierge situé à ~ 18 Mpc

17 L’amas de la Coma situé à ~ 100 Mpc (Jim Misti)
Amas de galaxies - 3 L’amas de la Coma situé à ~ 100 Mpc (Jim Misti)

18 L’amas Abell 1185 situé à ~ 400 Mpc (CFHT)
Amas de galaxies - 4 L’amas Abell 1185 situé à ~ 400 Mpc (CFHT)

19 Amas de galaxies - 5 Grandes structures Les amas de galaxies se regroupent en superamas qui se concentrent en « surfaces » irrégulières (walls) entourant des « bulles » presque vides (taille ~ 1 Mpc) Cette structure est révélée par d’ambitieux projets de cartographie à 3 dimensions de l’Univers : • 2 coordonnées sont déduites de la position de la galaxie sur le ciel • la distance est déduite du décalage spectral vers le rouge → spectres de milliers de galaxies Distribution des galaxies à grande échelle

20 Les champs profonds de Hubble
Amas de galaxies - 6 Les champs profonds de Hubble Hubble Ultradeep Field: Champ dépourvu d’étoiles brillantes 11.3 jours de pose avec ACS (visible) et 4.5 jours avec NICMOS (IR) ~ galaxies dans un champ de 36.7 minutes d’arc au carré ↔ ~ 100 milliards de galaxies dans l’Univers observable

21 Collisions de galaxies
• Collisions de planètes : très peu probables d (planètes) ~ 1000 RP • Collisions d’étoiles : encore plus improbables d (étoiles) ~ R* • Collisions de galaxies : fréquentes dans les groupes et amas d (galaxies) ~ 10 à 100 RGal – peu probable que les étoiles entrent en collision – mais orbites perturbées → certaines étoiles éjectées hors des galaxies (~10 à 30% des étoiles de l’amas de la Vierge)

22 Collisions de galaxies - 2
M51, galaxie spirale en interaction avec NGC5195, un compagnon moins massif

23 Collisions de galaxies - 3
Arp295, deux galaxies qui sont passées très près l’une de l’autre, ce qui a provoqué des « queues de marées » (USNO, Flagstaff)

24 Collisions de galaxies - 4
NGC4038 et 4039, « les antennes », deux galaxies en collision, avec intense formation d’étoiles et spectaculaires « queues de marées » (Daniel Verschatse – Antilhue Observatory)

25 Collisions de galaxies - 5
NGC520, probablement deux galaxies spirales entrées en collision il y a 300 millions d’années et qui ont presque fusionné (Gemini obs.)

26 Collisions de galaxies - 6
AM0644−741, avec anneau de diamètre ~ AL, siège de formation intense d’étoiles (résultat de collision « frontale ») (HST)

27 Collisions de galaxies - 7
Galaxie « Cartwheel » (roue de charrette) avec anneau de gaz et formation intense d’étoiles (HST)

28 Collisions de galaxies - 8
Contours d’hydrogène neutre superposés à l’image optique de la galaxie « Cartwheel » → révèlent un « pont » de matière

29 Collisions de galaxies - 9
Conséquences des collisions galactiques • Peu de perturbations sur les étoiles, sinon leurs orbites • Perturbations importantes des nuages de matière interstellaire → formation d’étoiles (et plus… voir la suite…) • Simulations par ordinateur : → reproduisent les formes bizarres → collision de 2 spirales finit par donner une elliptique → les elliptiques géantes pourraient toutes résulter de collisions (en accord avec leur prédominance dans les amas) → qu’est devenu le gaz ?

30 Collisions de galaxies - 10
Simulations de collisions galactiques Il existe des logiciels disponibles permettant de simuler, de manière simplifiée, des collisions de galaxies Ex : « GalCrash »

31 Galaxies actives et quasars
Qu’est-ce qu’un AGN ? AGN = Active Galactic Nucleus = Noyau Actif de Galaxie Certaines galaxies ont un comportement particulier: • centre très lumineux • libération d’une quantité énorme d’énergie dans un petit volume • fortes raies d’émission 4 catégories principales d’AGN: → galaxies de Seyfert, radiogalaxies, blazars et quasars Centre actif de la galaxie NGC1097 (VLT)

32 Galaxies actives et quasars - 2
Les galaxies de Seyfert 1943 : Carl Seyfert → catalogue qui regroupe les galaxies spirales avec un noyau particulièrement brillant Luminosité des noyaux très variable sur des périodes de moins d’un an → taille < ~1 AL 2 sous-catégories selon le spectre : • Type 1 : continuum intense raies d’émission permises larges + raies interdites plus étroites (élargissement Doppler moindre) • Type 2 : uniquement raies d’émission étroites Spectres de galaxies de Seyfert

33 Galaxies actives et quasars - 3
Les radiogalaxies = galaxies elliptiques géantes + fortes émissions dans le domaine radio ( fois plus que les galaxies normales) Pas forcément de contrepartie optique du noyau Ondes radio créées par des électrons très énergétiques en mouvement dans un champ magnétique → radiation synchrotron Radiogalaxie Centaurus A

34 Galaxies actives et quasars - 4
La radiation synchrotron Particule chargée en mouvement relativiste dans un champ magnétique : → la particule spirale autour des lignes de champ → rayonnement dépendant de l’intensité du champ magnétique et de la distribution de vitesse des particules : Fν ~ ν−α (non thermique)

35 Parts of the radio galaxy Cygnus A
Galaxies actives et quasars - 5 Parts of the radio galaxy Cygnus A Émission radio Flux radio < lobes radio (extension totale ~10 fois supérieure à celle de la galaxie) Lobes parfois reliés au noyau par de fins filaments appelés jets radio (relativistes car composés de particules en mouvement dont la vitesse est proche de c) 2 types : Narrow-Line & Broad-Line Radio Galaxies (NLRG/BLRG) selon l’absence ou non de raies permises larges dans le spectre Radiogalaxie M87

36 Galaxies actives et quasars - 6
Les quasars Quasar = QUAsi-Stellar Astronomical Radio Source Néologisme introduit dans les années 1950 avec la découverte de fortes sources radio ponctuelles dont certaines sans contrepartie optique À l’époque : nouveau type d’étoiles de la Voie Lactée montrant des raies d’émission ne correspondant à aucun élément chimique connu ? 1963 : Maarten Schmidt découvre que les quasars sont sources très distantes donc très lumineuses → raies d’émission fortement décalées vers le rouge (redshift) Maarten Schmidt

37 Galaxies actives et quasars - 7
Quasars et QSOs Tous les quasars n’émettent pas dans le domaine radio → quasars radio-loud (radio-forts) & radio-quiet (radio-faibles) → Autre nom pour les radio-faibles : Quasi-Stellar Objects (QSOs) La brillance du noyau et la distance masquent la galaxie hôte → apparaissent ponctuels sauf sur observations à haute résolution Frontière floue entre radio-quiet QSOs et Seyferts → définition adoptée : QSO si MV < −23 Un quasar et sa galaxie hôte (HST)

38 Galaxies actives et quasars - 8
Quasars et galaxies hôtes On trouve les quasars au centre de galaxies massives de tous types, mais souvent perturbées par des interactions gravitationnelles ~ quasars connus ~ 10% sont des émetteurs radio intenses Redshift 0.06 < z < 6.4 → situés entre 800 millions et 13 milliards d’AL → outil précieux pour sonder le passé de notre Univers Galaxies hôtes de quasars (HST)

39 Galaxies actives et quasars - 9
Spectres des quasars Luminosité ~ 1012 à 1015 fois celle de notre Soleil Distribution spectrale : continuum non thermique (≠ loi du corps noir) → rayonnement synchrotron • Quasars de type 1 : raies larges + étroites • Quasars de type 2 : raies étroites uniquement, continuum plus faible (sont plus rares) ↔ galaxies de Seyfert Spectre typique d’un quasar de type 1

40 Galaxies actives et quasars - 10
Les blazars BL Lacertae (prototype découvert en 1929) + quasars = blazars Caractéristiques : apparaissent ponctuels à faible résolution, émetteurs radio intenses, hautement variables, situés au centre de galaxies elliptiques 2 sous-catégories : • BL Lac: absence de raies larges • OVV = Optically Violently Variables : présence de faibles raies larges Fluctuations en intensité du blazar

41 Galaxies actives et quasars - 11
Modèle d’unification des AGN Idée de base : Les différents types d’AGN sont des variantes du même phénomène : • à des luminosités diverses • vu sous différents angles Prenant en compte : • l’anisotropie du rayonnement des AGN • l’extinction due à la poussière Vue d’artiste d’un AGN

42 Galaxies actives et quasars - 12
Ingrédients de base du modèle Au centre d’un AGN : trou noir supermassif (106 à 109 M ) • accrétion de matière • conservation du moment cinétique → matière environnante répartie en un disque d’accrétion (en rotation) • phénomènes de friction qui chauffent la matière → émission d’un continuum → libération de grandes quantités d’énergie Autre vue d’artiste d’un AGN

43 Énergie rayonnée par les AGN
Galaxies actives et quasars - 13 Énergie rayonnée par les AGN Puissance typique d’un AGN : ~1040 W → consomme une masse ~10 M /an (jusque 100 pour les quasars les plus lumineux) • les AGN « s’allument » et « s’éteignent » selon la matière disponible • Si toute la matière aux environs est consommée l’AGN devient invisible et son hôte une galaxie normale • AGN plus nombreux dans le passé • La Voie Lactée a pu passer par un stade d’AGN (probablement assez modéré) Illustration d’un trou noir

44 Galaxies actives et quasars - 14
Variabilité des AGN Variation du rythme auquel le trou noir est alimenté → variation de luminosité du noyau actif Dépend : • de la présence de matière au voisinage du trou noir • de mécanismes amenant la matière près du trou noir : – barre dans une galaxie spirale – collision entre galaxies

45 Galaxies actives et quasars - 15
Régions d’émission des raies Nuages de gaz en orbite autour du trou noir → responsables des raies en émission observées dans les spectres • Broad-Line Region (BLR) : nuages denses proches du trou noir → mouvements rapides → grande dispersion des vitesses → raies larges • Narrow-Line Region (NLR) : nuages moins denses et plus loin du trou noir

46 Galaxies actives et quasars - 16
Autour du trou noir Tore de poussières • entoure les nuages en rotation rapide • situé dans le même plan que le disque d’accrétion • opaque à la lumière visible et UV Éventuels jets radio • particules accélérées le long de l’axe de rotation jusque v ≈ c • décélérées quand rencontrent matière → lobes radio

47 Galaxies actives et quasars - 17
Effets de l’orientation par rapport à la ligne de visée On observe la BLR : → quasar ou Seyfert de type 1 On n’observe pas la BLR : → type 2 On observe un ou plusieurs jets de profil → Radiogalaxie (NLRG ou BLRG selon le cas) Un jet pointe vers nous → Blazar

48 Les galaxies Fin du chapitre… • Classification • Amas • Collisions
• Galaxies actives et quasars Fin du chapitre…