Vitesse de l'Onde Spirale de Densité dans Notre Galaxie

[Olgierd]

Bonjour à Tous
Je cherche la vitesse de l'Onde spirale de densité dans notre galaxie au niveau du Soleil.
Cette vitesse peut être considérée comme relative par rapport au soleil (qui tourne au tour du centre de la Galaxie à la vitesse d'environ 220 km/s), ou bien considérée comme "absolue" par rapport à un référentiel beaucoup plus grand.
La fourchette qui m'a été donnée - entre 100 et 200 km/s - est trop large, concernant la vitesse absolue.
En fait, je cherche à déterminer la période des rencontre Terre-Onde que je suppose voisine de 500 millions d'années. Donc je suppose que la vitesse "absolue" de l'onde est voisine de 140 km/s au niveau du Soleil.
Je serais reconnaissant à toute personne me fournissant une précision meilleure que la fourchette entre 100 et 200 km/s.
Olgierd
-----

[Gilgamesh]

La vitesse de l'onde de densité est une vitesse angulaire (pattern speed), elle s'exprime fondamentalement en rad/s mais on la trouve plutôt exprimée en nombre de tour par milliard d'années (des Gyr^-1), ou en km/s/kpc (kpc : kiloparsec) : pour avoir des km/s, il faut multiplier cette vitesse angulaire par le rayon (en kpc).

Pour la Galaxie :


omega : vitesse angulaire. sp pour spiral pattern speed

source (page 27)


a+

[Olgierd]

Cher Gilgamesh
Merci de votre rapide et excellente réponse.
J’ai demandé la fourchette, vous avez dit de 15 à 25 km/s/kpc.
Vous serez peut-être étonné car, suite à votre estimation, je pense être en mesure de donner le chiffre exact : 17 km/s/kpc, soit 137 km/s au niveau du Soleil (chiffre susceptible de modifications mineures, après affinement).

En fait, ce chiffre résulte d’un modèle que je tardais à publier, car je ne savais pas s’il tombe dans la fourchette reconnue par les spécialistes. C’est fait, par votre réponse, merci.
C’est un grand pas pour moi et un petit pas pour la science.
Olgierd

[geeko]

Excusez-moi si je devis un peu ce sujet,

Mais je suis curieux qu'est-ce que cette onde spirale de densité?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gilgamesh]

En fait, ce chiffre résulte d’un modèle que je tardais à publier, car je ne savais pas s’il tombe dans la fourchette reconnue par les spécialistes. C’est fait, par votre réponse, merci.

Si le chiffre est imprécis c'est parce que les données d'observation le sont. L'astrophysique à ce niveau est une science de mesures.
Le lien que j'ai donné en source donne un état de l'art assez honnête, je pense. Ne vous figurez pas que vous puissiez faire mieux si le contenu vous échappe...

a+

[Gilgamesh]

Excusez-moi si je devis un peu ce sujet,

Mais je suis curieux qu'est-ce que cette onde spirale de densité?

Au départ, à l'observation des bras spiraux des galaxies, on pourrait s'imaginer qu'il s'agit de structures composées d'étoiles qui se meuvent de concert autours du centre de masse. Mais dynamiquement, ça ne tient pas : les étoiles centrales tournent plus vite que les étoiles périphériques et les bras devraient s'enrouler indéfiniment, ce qui n'est pas observé. L'idée des ondes de densité (Lin & Shu, 1964) est que les bras sont des structures auto entretenues par le fait que les étoiles (et le gaz) rencontrent à ce niveau une densité un peu plus forte (~ +10 à 20% en ordre de grandeur) : approchant du bras, elles vont y "plonger", vu que la gravité y est un peu plus élevées, et mettre un peu plus de temps à en sortir, pour la même raison ; et ceci va entretenir l'écart de densité, à l'instar d'un embouteillage qui force les voitures à stagner sur place et les libère avec retard, ce qui entretient en son sein l'écart à la densité de voitures avec le reste du réseau routier.

a+

[gammler]

bonjour Gilgamesh,
Sait-on quelle est l'origine de ces ondes de densité? Je veux dire: qu'est-ce qui est à l'origine de "l'embouteillage"? Est-ce la trace de la fusion entre 2 galaxies?

[Gilgamesh]

A partir du moment où l'écart de densité s'auto entretient et entre en résonance avec la matière, il suffit d'une perturbation arbitrairement faible dans la distribution de départ pour que se forme le phénomène. C'est un peu comme les figures formées par les cellules convectives dans un liquide : apparition spontanée de forme du fait de la dynamique du système.

[geeko]

Est en quelque sorte un onde sonore?

[Gilgamesh]

Est en quelque sorte un onde sonore?

Tout à fait, mais avec intervention de la gravité pour assurer la propagation.

a+

[Olgierd]

Cher Gilgamesh
Vous serez étonné mais… je prétends faire mieux, même si le contenu (auquel vous pensez) m’échappe, car je crois disposer d’autre contenu.
De la géophysique je déduis que la période relative des rencontres Soleil-Onde est de 600 Ma. De Wikipedia je considère la période de la rotation du Soleil : 226 Ma. De ces 2 périodes je déduis la période de la rotation de l’onde : 226 Ma, donc la vitesse d’onde = 135 km/s.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Soleil
Ceci dit, je remarque que les données Wikipedia paraissent contradictoires car elles indiquent la vitesse du Soleil : 217 km/s, et le rayon de l’orbite solaire 8700 pc (28376 Al), d’où la période du soleil : 246 Ma et non pas 226 Ma, comme indique me même Wikipedia. Qu’est ce qu’il est donc vrai dans les données suivantes de Wikipedia ?
Vitesse 217 km/s
Rayon 8700 pc = 28376 Al
Période 226 Ma
Si je prends les données (vitesse =217 km/s et rayon=8700 pc) alors je trouve vitesse de l’onde : 128 km/s.
Si je prends les données (Période =226 Ma et Rayon 8700 pc) alors je trouve vitesse de l’onde : 135 km/s.
Merci de votre réponse.
Olgierd

[Calvert]

Salut !

Ton calcul ne prend en compte que la présence d'un seul bras spiral, alors qu'il y en a (au moins) 4 pour la Voie Lactée.

[Olgierd]

Cher Calvert
Je pense que mon calcul est juste : pourquoi crois-tu que je prends seulement 1 bras ? En fait, je prends en compte la période.
Olgierd

[Calvert]

Oui, tu as calculé combien de temps il fallait au Soleil pour rattraper une "onde de densité" (combien de temps pour que le Soleil fasse un tour de plus). C'est équivalent à "combien de temps pour rattraper un bras". Mais comme il y en a (au moins) 4, Le temps pour entrer dans le bras suivant serait 4 fois plus court.

[Olgierd]

Cher Calvert
Merci de ton intérêt pour la question. Comme tu dis, il y a 4 bras dans notre galaxie. Quand je parle de période, c’est le tour complet : les 4 bras y passent.
Je résume ce sujet, où je considère 3 périodes :
[1] Période relative Soleil-Onde, donc Terre-Onde. Cette période est importante dans la mesure où l’onde influence la Terre.
[2] Période absolue (par rapport aux étoiles lointaines) de révolution du soleil sur l’orbite galactique, période "assez" bien connue et estimé en astrophysique, entre 220 et 240 Ma.
[3] Période absolue de révolution de l’onde sur l’orbite galactique. Cette période est "mal" connue en astrophysique. C’est cette période que j’essaie d’estimer à travers de ce forum et à partir de mon travail. Il en découle le chiffre de 393 Ma.
Gilgamesh a fourni une estimation de la vitesse angulaire absolue de l’onde, entre 15 et 25 km/s/kpc permettant d’estimer cette période, je lui en remercie. On voit cependant que cette estimation est très incertaine (presque du simple au double).
Face à cette incertitude, j’ai répondu à Gilgamesh que j’ai bâti un modèle permettant une estimation « précise » de la vitesse angulaire absolue de l’onde autour de 15 km/s/kpc : adieu l’incertitude.
Puis j’ai relevé une contradiction dans les données de Wikipédia et j’ai demandé à la communauté quels sont les bons chiffres (mais personne ne m’a pas encore répondu).
Voilà où on en est. Est-ce que cette construction te parait juste ?
Olgierd

[Olgierd]

Cher geeko
Suite à ta question, je dirais que l’onde est la pépinière des étoiles. En effet, l’onde comprime le gaz, celui-ci s’allume dans une réaction nucléaire et … les étoiles naissent.
Une autre réponse simple à une question simple : Les bras spiraux c’est ce qu’on voit d’une galaxie quand on la regarde de face (puisque le gaz s’y allume).
Olgierd

[Calvert]

Rapidement:

On suppose connaître la distance au centre galactique , la vitesse tangentielle du Soleil , et la vitesse d'un bras spiral .

En notant les différentes vitesses angulaire, on cherche donc à résoudre:



où est la "distance angulaire" que l'on souhaite obtenir à un temps t donné. Si la Galaxie n'avait qu'un bras, le temps t mis par le Soleil pour rattraper ce bras serait donné pour . Pour 4 bras (que l'on suppose également espacés), on cherche t pour .

On a donc:

.

Avec les données suivantes:





on trouve la valeur suivante (pour 4 bras spiraux):


pour la vitesse la plus faible des bras. Ce nombre est évidemment beaucoup plus grand si on prend 217.5 km/s.

Avec te valeur de 393 Myr, on trouve une vitesse pour les bras ( bras), de 183 km/s. C'est dans la fourchette observée.

Je ne sais pas comment tu estimes ce 393 Myr (qui me semble trop précis pour être honnête).

Puis j’ai relevé une contradiction dans les données de Wikipédia et j’ai demandé à la communauté quels sont les bons chiffres (mais personne ne m’a pas encore répondu).

Oui, j'ai répondu, mais on ne peut rien dire de plus que "on ne sait pas", les mesures sont difficiles, et on ne saurait être aussi précis.