Mise à jour 13 Avril 2015

 

CONFÉRENCE MENSUELLE DE LA SAF
 «UN NOUVEAU REGARD SUR LES GALAXIES»

Par Pierre-Alain DUC
Astrophysicien   CEA Saclay-IRFU
Dr adjoint de AIM (Astrophysique, Instrumentation et Modélisation)

À l’AgroParisTech 16 rue C Bernard Paris 5.

Le Mercredi 8 Avril 2015 à 19H00  Amphi Tisserand

 

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.

Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation, elle est disponible sur ma liaison ftp et s'appelle :

Duc_saf_2015.pdf, elle est dans le dossier CONF-MENSUELLES-SAF/ saison 2014-2015. .

Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.

 

Cette conférence a été filmée en vidéo (grâce à UNICNAM et IDF TV) et est accessible sur Internet

On la trouve à cette adresse   disponible dans quelques jours

 

 

 

 

 

 

 

 

Pierre Alain Duc est un astrophysicien spécialiste de la formation des galaxies.

 

Il possède un CV impressionnant : coopérant à l’ESO au Chili à La Silla ; puis post doc à l’ESO à Garching (Munich), ensuite chercheur associé à l’IoA (Insitute of Astronomy) à Cambridge sur le thème de l’évolution des galaxies.

 

Et enfin au service d’astrophysique de Saclay.

 

Les galaxies sont un domaine qui a beaucoup évolué, on a du mal, en fait, à définir exactement une galaxie.

 

 

 

 

Pour un astronome une galaxie c’est simplement un ensemble d’étoiles et de poussières, mais pour un cosmologiste c’est principalement de la matière noire.

 

Dans le domaine visible, on y remarque des étoiles jeunes (bleues) et vieilles (rouges) et de la poussière. Mais en ondes radio c’est surtout les réserves de gaz que l’on remarque.

 

Par exemple la galaxie d’Andromède (M31) n’est pas vue de la même façon par Hubble et par le CFHT (Canada France Hawaï Telescope) comme on le voit sur ces deux représentations.

 

 

M31 vue par le télescope spatial Hubble voir article à ce sujet.

La même galaxie avec un plus grand champ (l’ellipse représente M31 de la vue de gauche). On voit les structures filamentaires. (Cosmic Horizons)

 

Ces structures filamentaires avaient été prédites par les simulations.

 

Elles n’ont pu être mises au jour que grâce à des nouvelles techniques d’imagerie profonde dans le visible.

 

On se rend compte de l’énorme amélioration des images en visant l’amas de la Vierge par exemple.

 

Dans le visible, vue normale (SDSS)

Dans le visible avec les nouvelles techniques d’observation (CFHT)

 

 

 

 

LA DIVERSITÉ MORPHOLOGIQUE DES GALAXIES.

 

La classification des galaxies date de l’époque Edwin Hubble avec le célèbre diapason ou séquence de Hubble  (tuning fork en anglais) qui est toujours conservé pour décrire les types de galaxies.

 

Cette classification sépare les galaxies elliptiques des galaxies spirales barrées ou non barrées.

 

Les elliptiques sont plutôt rouges, donc sans gaz et mortes, alors que les spirales sont bleues, c’est-à-dire actives et vivantes.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Mais quand on y regarde bien, grâce aux nouvelles techniques de l’imagerie profonde, on trouve des galaxies elliptiques bleues et des spirales rouges.

 

Alors, est-ce une remise en cause du diagramme de Hubble ??

 

La différence entre ces deux types de galaxies devient même difficile à dire dans certains cas comme ici.

 

En fait la classification dépend de la profondeur de champ…

 

 

 

 

 

Par contre la classification de Hubble a manifestement oublié de nouvelles classes de galaxies comme les galaxies naines par exemple, on voit quelques exemples ci-dessous.

 

 

 

Les galaxies naines (dwarf galaxies) sont les plus nombreuses dans l’Univers ; 20 à 30 fois plus que les autres.

Elles sont moins lumineuses et moins massives que les galaxies plus grosses, et contiennent beaucoup moins d’étoiles.

 

Il est même difficile parfois de déterminer si c’est une galaxie naine ou un amas stellaire.

 

 

COMMENT ET QUAND LES GALAXIES ONT ELLES ACQUIS LEUR MORPHOLOGIE ACTUELLE ?

 

Les galaxies se forment par fusion successives, donnant naissance aux formes que l’on observe aujourd’hui.

 

Notre galaxie, la Voie Lactée provient de la fusion de multitudes de galaxies depuis son apparition il y a plus de 10 milliards d’années.

 

Un très beau résultat de collision est la célèbre galaxie des Antennes. On distingue parfaitement les queues de marée, sortes de traînées de matière (étoiles et gaz), qui se forment du fait des forces de gravité.

 

 

Des simulations numériques ‘haute résolution’ réalisées par des chercheurs  du Service d'Astrophysique du CEA-Irfu/AIM  viennent de révéler que la plus célèbre collision de galaxies, la collision des Antennes, produit beaucoup plus d'étoiles que ne le laissaient penser les observations.

 

Lors d'une rencontre entre deux galaxies, la compression du gaz entraine l'allumage de nouvelles étoiles.

 

Jusqu'ici, il semblait que ces nouvelles étoiles n'apparaissaient que dans les régions de forte densité, principalement vers le cœur de la collision.

 

 

 

La reproduction sur ordinateur de la collision, avec une résolution permettant pour la première fois  de distinguer les plus petits nuages de gaz, montre au contraire que la flambée d'étoiles se répartit beaucoup plus uniformément à l'intérieur d'une myriade de super-amas d'étoiles dispersés à travers les disques des galaxies.

Ce résultat important permet de mieux comprendre pourquoi dans certaines collisions près de 100 à 1000 étoiles par an peuvent apparaître en même temps. (D’après les news de l’IRFU)

 

Cette simulation numérique à haute résolution de la collision de deux galaxies reproduit le mouvement du gaz des galaxies sur une durée de 500 millions d'années dans une région de 600 mille années-lumière de côté.

Les disques des deux galaxies entrent  en collision au bout de 250 millions d'années puis une deuxième fois après 450 millions d'années. Ces collisions provoquent par compression du gaz la formation de nouvelles étoiles à l'intérieur des points lumineux visibles sur l'image. Crédits: CEA-Irfu/SAp-AIM, COAST program.

 http://irfu.cea.fr/Sap/Phocea/Video/index.php?id=94&voircode=1

(je ne peux pas l'inclure dans la page)

 

 

 

 

 

La dernière simulation de ce type par Florent Renaud :

 

 

 

 

 

 

Toutes ses dernières simulations : https://www.youtube.com/channel/UChR1IQTFfHgS4L8jPT20cyQ

 

 

Les galaxies d’aujourd’hui naissent de la collision de galaxies spirales, on s’en rend compte lors d’observations par des techniques poussées.

 

 

On le remarque parfaitement sur la galaxie NGC 474 vue avec une technique d’observation profonde de la caméra MegaCam du CFHT. Alors que la vue « ordinaire » donne ceci.

 

On remarque les reliques du passé sous forme de volutes et de queues diverses.

On distingue les différentes couches ou coquilles probablement liées aux forces de marée dues aux collisions passées.

 

NGC 474 s’étend sur 250.000 al et est située à 100 millions d’al de nous dans la constellation des Poissons.

 

Image : CFHT. Jean-Charles Cuillandre, CFHT, Giovanni Anselmi, Coelum Astronomia et Jean Baptiste Faure

 

 

 

 

 

Il semble bien que la fusion de galaxies soit essentielle à leur croissance. Ces fusions induisent des flambées de formation d’étoiles.

 

 

 

COMMENT EXPLIQUER LA STRUCTURATION DE L’UNIVERS.

 

 

Comment donc passer du CMB aux structures actuelles que l’on voit dans le ciel ??

 

Là aussi, on va se servir de simulations, à partir d’un volume de matière noire et l’on fait jouer la gravité.

 

Il se crée des structures filamentaires, à la croisée de ces filaments on trouve des galaxies et des amas de galaxies.

 

On regarde ensuite le résultat et on compare avec ce que l’on voit dans le ciel.

 

 

 

 

Il y a plusieurs types de simulations mais qui mènent à des résultats similaires.

 

En voici deux

 

L’une de Yves Revaz astrophysicien de l’UNIGE (Genève) et spécialiste des simulations numériques qui nous montre une simulation de formation d’amas de galaxies en partant des origines. (Elle dure 1 minute).

 

 

 

 

 

 

 

L’autre provient du projet COAST ( COmputational ASTrophysics ) du CEA Saclay.

Voilà ce qu’on en dit sur le site du CEA, ce superbe film de 12 minutes s’appelle « L’Univers recalculé ».

Le film "L'univers recalculé" a été produit en 2011 à l'IRFU, Institut de Recherche sur les lois Fondamentales de l'Univers.

Les simulations numériques ont été réalisées dans le cadre du projet COAST par Edouard Audit, Frédéric Bournaud, Allan Sacha Brun, Gilles Ferrand, Romain Teyssier et plus généralement par le groupe des astrophysiciens simulateurs du SAp; les calculs ont été réalisés avec les codes RAMSES, HERACLES et ASH.

 

voici la vidéo (impossible aussi à mettre dans le texte)

http://irfu.cea.fr/Phocea/Video/index.php?id=180

 

Les résultats de ces très gros calculs représentent l’évolution de l’univers sur plusieurs centaines de millions d’années.

On peut y voir la matière se concentrer en filaments de plus en plus denses, le long desquels se forment des groupes de dizaines de galaxies, des amas de centaines de galaxies, associés parfois en super-amas de plusieurs milliers de galaxies.

 

 

 

 

Pour former des étoiles, on ajoute le gaz dans les halos de matière noire.

Les étoiles forment des disques qui fusionnent alors au sein de ces halos.

 

Il existe à ce jour deux modèles de formation de galaxies en compétition :

·         Les grumeaux : les galaxies se formeraient par accrétion continue de gaz venant de courants froids

·         Les collisions : comme expliqué plus haut. Ce phénomène entraine des flambées d’étoiles (starburst)

 

 

 

De nouvelles simulations devraient nous aider à y voir plus clair.

 

 

 

 

POUR ALLER PLUS LOIN :

 

 

Formation des galaxies et étoiles : CR  comm. cosmologie SAF F. Bournaud du 23 Mars 2013

 

Les clés de l’évolution des galaxies article pdf complet du CEA

 

Les clés de l'évolution des galaxies de l’IRFU.

 

D'où viennent les galaxies satellites ? par le CEA avec simulations.

 

Elliptical galaxies much younger than previously thought? De PA Duc au CFHT.

 

Galaxies en interaction et naines de marée par le CEA

 

L’origine diverse des galaxies naines révélée par les simulations numériques par le CEA

 

La simulation d’Univers Horizon.

 

Simuler en 3D l'évolution de l'Univers par F Bournaud (IRFU) explication très claire.

 

Probing the mass assembly of massive nearby galaxies with deep imaging par PA Duc.

 

Une nouvelle théorie sur la formation des galaxies grâce à la simulation numérique

 

La formation des galaxies : CR de la conférence SAF de David Elbaz du 13 nov 2013

 

On Wave Dark Matter, Shells in Elliptical Galaxies, and the Axioms of General Relativity

 

Notre galaxie, les galaxies proches et les galaxies jeunes de l'univers lointain de l’IRFU

 

Un APOD sur Galaxy NGC 474: Shells and Star Stream

 

Historique sur la découverte des galaxies partie 2 par D Elbaz.

 

Propriétés et observations des galaxies non-résolues en étoiles par D Elbaz

 

IRFU - Supports de cours  http://irfu.cea.fr/Phocea/Cours/index.php?uid=david.elbaz

 

Le rôle inattendu des galaxies naines dans la formation des étoiles par l’INSU

 

Les galaxies naines, ces créatrices d'étoiles au talent immense, article de l’Express.

 

Le ballet des galaxies naines autour d'Andromède article de la Recherche.

 

 

 

Film sur la collision des antennes

 

Autre film de collision de galaxies spirales.

 

Formation de Galaxies 3D, simulation  de Romain Teyssier IRFU

 

A sub-parsec resolution simulation of the Milky Way de Florent Renaud.

 

 

 

 

 

Prochaine conférence mensuelle de la SAF : MERCREDI 6 Mai 2015   19H00   AgroParistech   Amphi Tisserand

Nous avons le plaisir de recevoir :

Gilles DAWIDOWICZ   Planétologue Président de la commission de planétologie de la SAF

Un astronome extraordinaire : Audouin Dollfus.

Cet astronome, ancien Président de la SAF a vécu une vie très aventureuse au service de la science et en particulier de l’Astronomie.  Il a participé à la conquête lunaire américaine en préparant des cartes lunaires pour la NASA

C’est un véritable pionnier de l'exploration spatiale avec ses nombreux vols en ballon équipé de télescope, notamment celui d’avril 1959, qui l’amena à 14 000 mètres d'altitude à bord d'une capsule étanche accrochée à une « grappe » d'une centaine de ballons et lui permit d'effectuer des observations qui indiquèrent la présence d'eau sur Mars

Suite pendant la conférence…..

 

Entrée libre mais réservation obligatoire.

 

 

 

Bon ciel à tous

 

 

Jean Pierre Martin   Président de la commission de cosmologie de la SAF

www.planetastronomy.com

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