Mise à jour le 13 Janvier 2012
 
 
CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
"LA FORMATION ET L’ÉVOLUTION DES GALAXIES"
Par Françoise COMBES
Astronome au LERMA, Observatoire de Paris,
 Au FIAP, 30 rue Cabanis, 75014 Paris (métro Glacière).
Le Mercredi 11 Janvier 2012 à 20H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos et des animations.
Françoise Combes a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète, elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle : Combes-SAF-2012.ppt , elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2011/2012)
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
 
Le compte rendu sera succinct étant donné que la présentation est disponible au téléchargement.
 
 
Encore une salle comble, merci de votre assiduité !
 
 
 
 
 
Françoise Combes est astronome à l'Observatoire de Pairs, au département du LERMA : Laboratoire d'Étude du Rayonnement et de la Matière en Astrophysique.
Rappelons qu'elle est sortie de la rue d'Ulm, les connaisseurs apprécieront!
 
 
Elle est spécialiste de la matière noire et de l'évolution des galaxies; sujets principaux de la conférence de ce soir.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
La recette pour former des galaxies :
 
Voilà les ingrédients de base :
·        Du gaz Hydrogène avec un peu d’Hélium,
·        Une pincée de poussières
·        Des étoiles
·        De la matière noire
·        Des traces d éléments lourds : C, N, O,…..Fe
 
 
 
Voici une représentation de notre Galaxie (ESO/Brunier/NASA).
 
 
La Voie Lactée, notre galaxie, est composée de quelques centaines de milliards d'étoiles, réparties en:
·        Un bulbe central
·        Un disque mince,
·        Un halo stellaire contenant des
·        Amas globulaires
 
Le gaz et les poussières sont dans le disque mince.
 
Il existe un halo de matière noire entourant notre Galaxie, on s’en est rendu compte par la découverte de son effet gravitationnel sur les étoiles éloignées du bulbe.
 
 
 
 
LES GRANDES STRUCTURES
 
Les grandes structures de l’Univers local sont visibles ici.
C’est une vue panoramique du ciel en proche IR autour de la Voie Lactée. Elle est tirée du catalogue 2MASS où l’on peut trouver plus de 1,5 millions de galaxies.
Celles-ci sont codées en couleur suivant leur distance (ou leur décalage vers le rouge, redshift z).
En bleu, les plus proches, en vert celles à distance modérée et en rouge les plus éloignées.
 
Mais à plus grande échelle, l’Univers est réparti entre filaments et vides comme on le voit sur cette diapo de V de Lapparent à la SAF.
 
Les galaxies se forment dans les filaments et les amas de galaxies se trouvent à la croisée des filaments.
 
 
LES TROUS NOIRS MASSIFS.
 
Au cœur de chaque galaxie, se trouve un trou noir massif (de qq millions de masses solaires à qq milliards !).
On pense que ce trou noir auto-régule la formation des étoiles au sein de la galaxie.
 
Ces TN sont exceptionnellement actifs car ils ont la propriété de pouvoir transformer la matière en énergie (la fameuse formule E=mc2) avec un rendement de 10%, alors que les étoiles de base n’ont qu’un maigre rendement de 1%.
 
On s’est aperçu que la masse du TN massif est liée à la masse du bulbe galactique ; le rapport étant de 1 à 700 approximativement.
Pour les amas de galaxies, il semble que ce rapport soit un peu plus grand.
 
Notre propre galaxie, possède aussi bien sûr un TN central super massif, on le voit sur ce film que l’on doit à nos amis Allemands du MPE (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics), et rappelons que ce N’EST PAS UNE SIMULATION, c’est un film qui montre les étoiles du centre galactique tournant sur une période de 15 ans autour de quelque chose, qui n’est autre que notre TN massif (quatre millions de masses solaires).
 
De plus, on a pu aussi détecter, à cause de la forte gravité de ce TN, un sursaut IR que l’on voit sur ce film, il provient de la matière tombant sur le TN .
 
 
On a même pu récemment prouver (voir article publié par Nature en Dec 2011 par Gillesen, Genzel et al) la présence d’un nuage de gaz dense de masse approximativement 3 fois la masse terrestre, qui tombe dans la zone d’accrétion du TN central.
 
L’orbite de ce nuage a même été calculée, elle est très excentrique, elle aurait 137 ans de période ; l’horizon des évènements devant être atteint en 2013 !
 
Ces dernières années, ce nuage a commencé à se séparer en deux, dû aux forces de marée, comme on le distingue sur la diapo ci-contre.
 
 
 
 
 
FORMATION HIÉRARCHIQUE DES GALAXIES.
 
Les plus petites structures se forment en premier, de la taille de galaxies naines ou amas globulaires
 
Par fusion et accrétion successives, des systèmes de plus en plus massifs se forment
 
Ils sont de moins en moins denses
 
Les galaxies étaient plus nombreuses et plus petites dans le passé.
 
Des simulations numériques permettent de vérifier l’exactitude des modèles élaborés.
 
 
On peut voir le résultat de telles fusion avec les galaxies suivantes :
 
·        Arp 188 , le têtard (tadpole en anglais)
·        Arp 295,
·        Le champignon (Sacred mushroom en anglais)
·        Les souris (the mice) avec sa simulation de collision.
·        Les Antennes superbe !
·        Le quintette de Stefan
·        La roue de chariot (Cartwheel galaxy en anglais) vue en UV par Galex etc..
 
 
 
Dans le même genre on a simulé la (très future) rencontre d’Andromède avec la Voie Lactée.
 
 
Une très belle simulation : http://www.youtube.com/watch?v=Cd9cBlvfjow&feature=related
 
 
 
Toujours à propos d’Andromède, on l'a représenté dans différentes longueurs d’onde, chaque longueur d’onde donnant un type d’informations bien particulier.
 
 
On a même mis récemment en évidence un deuxième anneau dans la galaxie d’Andromède.
En étudiant le noyau d'Andromède, on remarque une petite spirale qui montre que M32 avait traversé frontalement cette galaxie.
 
 
 
 
 
 
 
 
Voici une vidéo intéressante de l'ESA de cette galaxie vue dans différentes longueurs d’onde.

 

 

 

 
 
 
 
PROBLÈMES ENCORE NON RÉSOLUS.
 
·        La matière noire dans les simulations se concentre trop dans le centre des galaxies, ce qui n’est pas représentatif de la réalité.
·        Les disques d’étoiles sont dix fois trop petits.
·        Ces simulations aboutissent à des milliers de galaxies satellites que l’on ne remarque pas en vrai.
·        Trop de petites structures.
 
Alors, il va falloir améliorer nos simulations ou trouver d’autres théories.
 
 
 
 
Les deux hypothèses de formation des galaxies, comparaison : (texte d’après Cours F Combes chap 4)
·        à gauche, monolithique, , un ensemble de nuages de gaz s’effondre quasi en chute libre sous sa propre gravité. Le temps de refroidissement et de formation d’étoiles est comparable au temps de l’effondrement, de l'ordre de centaines de millions d'années, et des étoiles commencent à se former dans un système sphéroïdal, avant même que le gaz ait eu le temps de s’aplatir en un disque. Après contraction, et rejet du gaz par vents et explosions stellaires, une galaxie elliptique ou un bulbe sphéroïdal est formé, au bout de 1-2 milliards d'années. Ce scénario monolithique a besoin d’accrétion ultérieure de gaz pour former les disques de galaxies spirales.,
·        à droite, hiérarchique, le gaz s’effondre plus vite, et le temps de refroidissement/formation d’étoiles est plus long. Le gaz a le temps de s’aplatir en disque, et les étoiles se forment ensuite dans le disque. Les disques se forment donc avant les bulbes dans ce scénario. La formation de sphéroïdes ou de galaxies elliptiques se fait alors par fusion de galaxies spirales
 
 
 
 
 
 
POUR TERMINER : L’HISTOIRE DE L’UNIVERS.
 
 
 
Nous sommes dans un Univers « plat » où seule 4% nous est connue, le reste est rempli de matière (noire) inconnue et d’énergie (noire) de nature aussi inconnue !
Une représentation de l’évolution de l’Univers.
 
 
En conclusion :
 
Nos connaissances sont en progrès concernant notamment l’âge de l’Univers, son contenu, et sa géométrie
 
Mais il reset encore beaucoup d’inconnues comme
·        La nature de la Matière noire qui représente 24% de la composition de l’Univers.
·        La nature de l’Énergie noire qui en représente 72%.
 
Il y a aussi encore des problèmes non résolus dans la formation des galaxies
 
Faut-il effectuer des recherches dans une extension/modification de la gravité?
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Precedents conferences de F Combes :
 
La matière noire : CR conf. de F Combes SAF/AFA le 15 Juin 2009
 
La matière noire et peut-on s'en passer : CR de la conférence de F Combes à la SAF le 26 janv 2008
 
Recette pour former des galaxies CR de la conférence de F Combes à la Starparty de Triel.
 
Gravitation et trou noir, présentation ppt de F Combes.
 
 
 
Visite de la voie lactée par F Hammer.
 
M31 prise par Spitzer.  Et aussi celle-ci.
 
Les grandes structures de l’Univers, CR de la conférence SAF de V de Lapparent.
 
Trous noirs et galaxies: qui a tiré le premier? Article de sciences et avenir.
 
Large Scale Structure in the Local Universe: The 2MASS Galaxy Catalog par Th Jarrett.
 
Near-infrared flares from accreting gas around the supermassive black hole at the Galactic Centre par R Genzel.
 
Les collisions entre galaxies, CR de la conférence de PA Duc aux RCE 2004.
 
Les trous noirs à l’origine des galaxies, article de Univers Science.
 
Un trou noir pris sur le fait en train de former la galaxie qu’il va habiter?
 
Les collisions galactiques par nos amis Canadiens.
 
Zoom dans les Antennes par Hubble.
 
La formation des galaxies par J Freundlich.
 
Les chasseurs de galaxies primordiales, article de La Recherche.
 
Morphologie des galaxies, présentation ppt de D Elbaz du CEA.
 
 
 
Bon ciel à tous
 
 
Jean Pierre Martin   Président de la commission de cosmologie de la SAF
www.planetastronomy.com
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