Notre Galaxie, la Voie Lactée

Présentation au sujet: "Notre Galaxie, la Voie Lactée"— Transcription de la présentation:

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

2 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

3 Aperçu en optique, infra-rouge

4 NGC 1232 image VLT-ESO

5 Galaxie barrée NGC 1365 Hémisphère Sud

6 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, pc 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

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

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

9 Gaz et poussière Poussière IRAS 100microns Nuages Moléculaires

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11 HI 21cm

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

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

15 Simulations (suite) Etoiles Gaz

16 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

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

18 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

19 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

20 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

21 Astrométrie et mouvements propres au centre galactique

22 Animation du mouvement des étoiles
Max-Planck Institut, Allemagne

23 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

24 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

25 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

26 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 ’

27 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

28 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

29 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

30 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 ) 3 autres amas globulaires: Arp 2, Terzan 7 et 8 seront capturés par la Voie Lactée

31 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

32 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)

33 Simulations de la rencontre avec M31
Dubinski 2000

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35 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

36 Expériences de lentilles gravitationnelles
Evènement OGLE1 Fenêtre de Baade

37 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?

38 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

39 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

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

41 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