Notre Galaxie, la Voie Lact

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Notre Galaxie, la Voie Lactée

• Françoise Combes
• Observatoire de Paris

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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
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Aperçu en optique, infra-rouge
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NGC 1232 image VLT-ESO
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Galaxie barrée NGC 1365 Hémisphère Sud
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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
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Echelles et densités dans lUnivers
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 (W1)
10-29 g/cm3
30 kpc
30 Mpc
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Vue de
2 Sosies de la Voie Lactée
Face
Messier 83
NGC 891
Par la tranche
COBE-DIRBE
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Gaz et poussière
Poussière IRAS 100microns
Nuages Moléculaires
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(No Transcript)
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HI 21cm
12
HI
21cm
Radio Cont
70cm
CO - H2
IRAS
2mm
100 mu
COBE-DIRBE
Optique
Gamma-rays
ROSAT X-rays
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(No Transcript)
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Ondes de densité spontanées par auto-gravité
Simulations N-corps
Etoiles
Gaz
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Simulations (suite)
Etoiles
Gaz
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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
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Orbites dans une galaxie barrée

• Les orbites sont soit parallèles, soit
  perpendiculaires à la barre
• Elles tournent de 90 à chaque résonance

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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
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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
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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
M2 millions de Mo
Mouvements propres Images Infra-rouge
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Astrométrie et mouvements propres au centre
galactique
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Animation du mouvement des étoiles
Max-Planck Institut, Allemagne
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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
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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
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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
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Nuages de Magellan près de leur péricentre
aujourdhui
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 
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Reconstitution de l interaction
Rapport de masse faible, de lordre 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
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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
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Nuages à grande vitesse tombant sur la Galaxie
Origine encore inconnue
Leur masse dépend de leur distance Résidus de la
formation du Groupe Local? --gt très massifs Ou
juste chute des Nuages de Magellan?
Origines multiples
Aussi, effet fontaine après formation
de supernovae..
Wakker et al 99
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La naine du Sagittaire Sag dw
Découverte récente (Ibata et al 1994) à partir
de mouvements propres et types détoiles
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
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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
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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)
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Simulations de la rencontre avec M31
Dubinski 2000
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(No Transcript)
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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
--gt Semblent éliminés par les lentilles
gravitationnelles
Ou bien du gaz froid hydrogène moléculaire
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Expériences de lentilles gravitationnelles
Evènement OGLE1
Fenêtre de Baade
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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?
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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
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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
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Simulations cosmologiques
Z5
Z1
Z0
Benson et al 01
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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