Le Monde des Galaxies

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Le Monde des Galaxies

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Quelques rappels Nous avons étudié en 2002 le
Système solaire C est lensemble des objets
soumis au champ de gravitation du Soleil (notre
étoile) Le système solaire sétend jusqu à une
distance de 2 années lumières 1 al 9,46 1012
km. Planètes et leurs satellites, astéroides,
comètes.
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en 2003 le Monde des étoiles Les étoiles sont
des astres qui ont des masses comprises entre
0.08 et 60 Masse solaire (MS) . Types spectraux
O, B, A, F, G, K, M, R, N. Températures 35000
K ( O5) 2600 K ( M5) Durée de vie dépend de
la masse initiale plus la masse est grande ,
plus court est la durée de vie. Fin de vie
dépend aussi de la masse Naines blanches ( m lt
1,4 MS), Etoile à neutrons (1,4 ltm lt3 MS) Trou
noir ( m gt 3 MS) Distances étoile la plus proche
alpha du centaure située à 4,3 al soit 1,3 pc

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A La Découverte Des
Galaxies Définition Une galaxie est un
ensemble lié d étoiles , de gaz et de
poussières de diamètre moyen de lordre de
100.000 al , le nombre détoiles est de lordre
de 100 milliards et dont la masse de gaz
représente de zéro à 30 de la masse totale.
Lanalyse du contenu des galaxies (proportion
des différents types détoiles, des régions de
gaz chaud, des régions de gaz froid) montre que
la séquence des types morphologiques a une
signification physique liée à la proportion
détoiles jeunes et de gaz. LANALYSE DU CONTENU
se fait à partir DE METHODES DOBSERVATIONS qui
seront décrites dans le cours de G. COMTE.
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Un peu dhistoire Lobservation de la voie
lactée révèle que celle ci contient des astres
qui ont une image étendue et diffuse, doù le nom
général de NEBULEUSES. C. Messier (1771, 1784)
publie les premiers catalogues de 45 et 103
nébuleuses (M1 nébuleuse du crabe). W. et J.
Herschel observent les nébuleuses avec un
télescope de 122cm et constatent que certaines
dentre elles sont des amas détoiles et que
dautres ne se résolvent pas en étoiles. W.
Herschel émet lhypothèse de lexistence dun
fluide lumineux non résoluble. Doù quelle est la
nature de ces dernières nébuleuses, seraient
elles dautres voies lactées?? En 1840 J.Herschel
publie le  General Catalogue qui contient 5000
nébuleuses et amas. Dreyer (1888) publie le
 New General Catalogue comprenant 7800 objets
Andromède est identifiée comme NGC 224.
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1850 Lord Rosse (télescope de 133cm) découvre que
certaines nébuleuses ont une structure spirale.
La spectroscopie des nébuleuses réalisée par
Huggins (1864) indique 2 types de spectres les
spectres où apparaissent des raies démission
dues à lémission dun gaz excité les spectres
qui ont des raies dabsorption comme celles
observées dans les spectres stellaires. Mais
restait à connaitre la distance des nébuleuses
pour cerner leur véritable nature. IL FALLAIT
DETERMINER LES LIMITES DE NOTRE GALAXIE
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La structure de notre galaxie a été explorée par
W. Herschel et J.C. Kapteyn, (méthode de
comptage) . Cette méthode a montré que Notre
galaxie est un système plat de 30.000 x 6000 a.l.
et a conduit à placer notre système solaire au
centre de ce système. H. Shapley en étudiant la
distribution dans lespace des amas globulaires,
montre que celle ci est symétrique en latitude
mais dissymétrique en longitude, et conclut que
LE SOLEIL NEST PAS AU CENTRE DE LA GALAXIE. En
1917 Shapley propose le modèle suivant La
majorité des étoiles sont dans un disque plat
dont le diamètre est de 300000 a.l. et le centre
est situé dans la direction de la constellation
du Sagittaire.les amas globulaires sont répartis
de manière sphérique autour du centre de la
galaxie.
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On sait aujourdhui que notre galaxie est
constituée dune centaine de milliards détoiles
de gaz interstellaire contenant des grains de
poussières (voir schéma) et que ces composants
ne forment que 10 de sa masse. Les 90 de la
masse sont de la matière noire dont on ne
connait pas la constitution . Le bulbe de forme
ellipsoidale a un diamètre de 20 000 a.l.et une
épaisseur de 3000 a.l. Le disque a une épaisseur
de 1000 a.l. et sétend sur 100000 a.l. Le halo
est une sphère de 50000 a.l. de rayon. Le Soleil
est situé à 30000 a. l. du centre de la
galaxie J. COLIN fera une étude détaillée des
différentes composantes de notre galaxie qui se
distinguent par leur contenu ainsi que par les
âges et les mouvements des étoiles. Il vous dira
comment on a mis en évidence lexistence de la
matière noire dans lUnivers.,
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Le Grand Débat Les galaxies ont été reconnues
seulement vers les année 1920-1935 comme le
constituant fondamental de lUnivers après de
longues discussions. Cest la difficulté dans
lestimation des distances qui a joué un rôle
crucial dans le débat sur la nature des
nébuleuses quil fallait localiser par rapport à
une galaxie dont les dimensions étaient
controversées. Deux visions saffrontent Shapley
place des petites nébuleuses spirales et
elliptiques dans le halo de notre galaxie dont il
surestime les dimensions. Curtis défend la
conception des îles univers et considérait de
grandes nébuleuses spirales et elliptiques
analogues à notre galaxie et situées bien au-delà
de celle-ci
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En 1924 Hubble observe des Cépheides dans
plusieurs nébuleuses , et applique la relation
période luminosité. Ainsi il trouve que la
nébuleuse dAndromède est située à une distance
de 900.000 a.l. ( la valeur actuelle de la
distance de 2 millions a.l.) , bien à
lextérieur de notre galaxie. Les travaux de
Trumpler sur labsorption interstellaire et la
détermination des distances des nébuleuses par
Hubble mettent fin au grand débat. Certaines
nébuleuses constituent de vastes systèmes
stellaires analogues à notre galaxie et situées à
de grandes distances. Galaxies sont ces
nébuleusesextérieures à notre galaxie et les
Nébuleuses sont les nuages de gaz dans la
galaxie
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Classification des Galaxies Galaxies
elliptiques constituées détoiles vieilles et
contiennent une très faible quantité de gaz et de
poussières. Galaxies spirales(classiques ou
barrées) constituées dun noyau entouré dun
disque ou apparait la structure
spirale.Contiennent des étoiles de tous les âges
, grandes quantités de gaz et de poussières
. Galaxies irrégulières aspect difforme , elles
sont riches en gaz et en poussières. Galaxies
particulières qui ont des formes diverses et
sont le résultat dinteraction gravitationnelle
entre galaxies.
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Galaxies à noyau actif Ces galaxies se
distinguent par la présence en leur centre dune
région extrêmement petite (noyau) dans laquelle
une très grande quantité dénergie est produite.
On distingue Les galaxies de Seyfert
galaxies spirales qui ont au centre une région
très brillante dont léclat varie. Le noyau peut
émettre 10 fois plus de lumièere que toute la
voie lactée. Les radiogalaxies ce sont des
galaxies elliptiques et présentent un rayonnement
extrêmement puissant dans le domaine radio, qui
provient du noyau central et de deux lobes à peu
près symétriques qui peuvent sétendre àdes
millions dannées lumière du noyau. Les
blazards objets apparaissant comme des objets
ponctuels extrêmement brillants et fortement
variables. Ce sont probablement un cas
particulier de radiogalaxies.
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Les quasars En examinant des radio sources ,
Alan Sandage (1960) découvre que certaines
dentre elles coincident avec des étoiles très
bleues dont le spectre montre des propriétés
étranges, celui ci correspond à des raies
démission fortement décaléés vers le rouge. En
calculant leur distance on trouve que ces
étoiles se trouvent à des milliards de a.l..
Et daprès leur magnitude apparente on en déduit
que ces étoiles rayonnent comme 10000 fois
notre galaxie toute entière. Il ne peut donc pas
sagir détoiles mais de galaxies
extraordinairement brillantes.
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Evolution des Galaxies Elle est réglée par les
transformations mutuelles que subissent ses
constituants fondamentaux les étoiles et le
gaz. Initialement une galaxie se forme à partir
dun immense nuage de gaz en rotation qui se
contracte à mesure quil perd de lénergie sous
leffet des collisions entre les nuages plus
petits qui le constituent. Au cours de ces
collisions des étoiles naissent et appauvrissent
la galaxie en gaz, et le nuage initial saplatit
. Les étoiles évoluent et restituent une faible
partie du gaz initial mais ce gaz est enrichie en
éléments lourds fabriqués par les
étoiles. Lévolution dune galaxie se traduit par
un appauvrissement progressif en gaz au profit
des étoiles et un enrichissement en éléments
lourds du milieu interstellaire résiduel.
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AMAS et SUPER AMAS DE GALAXIES Les galaxies en
général ne sont pas isolées elles ont tendance à
se regrouper. On distingue Les GROUPES de
galaxies quand lensemble contient moins dune
centaine de galaxies. Ensuite on a des AMAS dont
la taille caractéristique est de lordre de
quelques Mpc (une dizaine de millions de
a.l.) Ces amas se regroupent en SUPER AMAS de
taille de quelques dizaines de Mpc ( une centaine
de a.l.) Le GROUPE LOCAL dont notre galaxie et
la galaxie dAndromède sont les membres les plus
importants. On connait 30 membres. Taille environ
1 Mpc (3 millions de a.l. )
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Amas de la Vierge est à 52 millions de a.l. et
contient quelques centaines de galaxies
essentiellement spirales et irrégulières et une
géante elliptique M 87
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Cette image montre les galaxies dans une tranche
de lunivers de 4 degrés dépaisseur .On voit les
concentrations en amas et superamas,les filaments
qui relient les superamas et les zones de vide en
forme de bulles.
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Inconvénients de la promiscuité Dans un amas la
distance entre 2 galaxies est en moyenne de
lordre de 10 fois leur diamètre seulement les
rencontres entre les galaxies sont donc assez
fréquentes Ainsi Andromède qui se rapproche de
notre galaxie à la vitesse de 90 km/s aura une
collision avec notre galaxie dans quelques
milliards dannées On a deux sortes de
collisions On peut avoir des rencontres très
proches sans collision, les forces de gravité
(forces de marées) déforment les galaxies , les
orbites des étoiles sont perturbées, il peut y
avoir échange détoiles entre les deux galaxies.
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Existence de pont de matière , échange détoiles
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Collisions frontales là encore les orbites des
étoiles sont perturbées,les chocs entre les
étoiles sont inexistants (distance entre les 2
étoiles est 10 millions de fois plus grande que
leur diamètre). Les galaxies sont déformées. Mais
les nuages de gaz sécrasent lun contre
lautre,sont comprimés et chauffés durant le choc
il y a déclenchement de formation détoiles, dans
lopération les 2 galaxies peuvent perdre
complètement leur gaz.
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LHistoire de lUnivers
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Comment et quand se sont formées les galaxies que
nous observons actuellement? Formuler une
représentation de lunivers et énoncer son
histoire constituent des désirs que lon retrouve
dans toutes les civilisations mêmes
anciennes. Marc Lachièze Rey nous exposera
lévolution des idées au cours du temps et fera
une introduction à la relativité génerale et
montrera que cette théorie permet de construire
des modèles d univers. Alberto Cappi fera un
exposé détaillé sur la théorie du big bang , ses
limites et discutera les nouveaux résultats
dobservations qui remettent en cause la théorie
du Big Bang.
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Le Big Bang est un évènement assimilable à une
gigantesque explosion qui daprès les modèles
cosmologiques retenus actuellement serait à
lorigine de lUnivers. Ces modèles théoriques
décrivent lévolution dun univers homogène et
isotrope en expansion à partir dun état initial
de température et densité infinies. Les Faits
dobservation en faveur de la théorie du big
bang Mouvement de récession des galaxies (
décalage spectral vers le rouge des galaxies
observé vers E. Hubble vers 1930) interprété
comme un mouvement dexpansion. Le rayonnement du
fond du ciel ( prédit par Gamov 1948) et détecte
par A. Penzias et R. Wilson en 1965 le 3K ou
rayonnement fossile. Labondance chimique des
éléments légers hydrogène et hélium les valeurs
observées impliquent que lunivers a connu une
phase primordiale très chaude et très dense.
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Mais cependant ce modèle présente des failles et
au fur et à mesure que les observations
deviennent de plus en plus précises le modèle du
Big Bang présente des contradictions. Pour
mesurer lexpansion on a observé des super novae
lointaines. Et les explosions sont toutes plus
faibles que ce que la loi dexpansion régulière
du Big Bang prévoyait, c-à-d que les super novae
se touvent plus loin que prévu. Il semblerait que
lexpansion saccélère. On évoque lénergie
sombre ou lénergie noire qui augmenterait le
volume de lunivers. Daprès le modèle du big
bang, les premières galaxies auraient été formées
quelques milliards dannées après lexpansion,
mais on a observé en 2004 une galaxie qui serait
apparue 750 millions dannées après lexplosion
et quelques mois après au VLT une galaxie encore
plus vieille , elle aurait été formée quand
lunivers avait 475 millions dannées.
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Ainsi les problèmes ne sont pas résolus
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