Bonjour !
Je n'arrive pas à trouver de réponse à une question à laquelle j'aimerais bien en avoir une.
Comment se forment les bras des galaxies spirales ? Où en sont les connaissances à ce sujet ? Quelqu'un a-t-il des liens vers des articles, vidéo, podcasts de scientifique à ce sujet ?
Merci !
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 (loi de Képler) 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. L'orientation des bras donne bien le sens intuitif du mouvement général mais si tu visualises leurs positions successive de millions d'années en millions d'années tu t’aperçois qu'ils remontent lentement le courant au lieu d'avancer avec. L'onde de densité se propage 'vers l'arrière', comme un embouteillage.
Sauf sur le cercle dit de corotation, les étoiles n'ont pas la même vitesse angulaire que celle du bras galactique qui est donc tout le temps composé de nouvelles étoiles. Mais il y a a peu près le même nombre d'étoiles sur toute le périmètre d'une galaxie. Ce qui fait que les bras brillent plus, et d'une lumière bleutée, c'est qu'il n'y a que là que l'on peut trouver des étoiles massives, de hautes température (rayonnant dans le bleu), haute luminosité (les bras sont plus brillants) et faible durée de vie (elles n'ont pas le temps de quitter le bras).
En lien avec ça, ce qui "fait" la spirale, c'est la présence de gaz en abondance. En gros :
galaxie spirale = galaxie riche en gaz
galaxie elliptique = galaxie 'dégazée'.
Les spirales sont a priori un stade évolué de galaxies naines - sans bras - qui évoluent lentement et par bouffée de formation stellaire. En fusionnant elles forment des structures qui finissent par former des étoiles de façon autonome à cause des ondes de densité qui les traversent : des spirales. Sinon, elles évoluent peu sur des temps cosmologiques et 'servent' de réserve de gaz frais.
Quand deux spirales fusionnent les étoiles s'ignorent (leur diamètre est vraiment trop infime) mais les nuages de gaz s'affrontent et cela donne naissance à d'énormes bouffées stellaires qui consomment le gaz galactique. Privée de gaz, la galaxie évolue en un essaim d'étoiles qui se redistribuent leur vitesse et finissent par former une vaste ruche d'étoiles agées (dans les jaune orange) orbitant à toutes les latitudes : des elliptiques.
Si ce scénario "hiérarchique" est exact, et comme l'Univers n'est formé que de gaz à l'origine, on pressent que la spirale est un stade primitif et l'elliptique un stade évolué.
Dernière modification par Gilgamesh ; 29/03/2018 à 19h21.
Parcours Etranges
Ce devrait être facile à vérifier, en comparant la proportion galaxies spirales/galaxies elliptiques de l'univers proche avec celle de l'univers plus lointain.Envoyé par Gilgamesh
Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.
Salut,
Je crois que c'est très difficile :
- on ne sait pas remonter tout au début
- pour les plus lointaines, il peut être très difficile de déterminer la structure
- il peut y avoir un biais d'échantillonnage (à cause des différences de luminosité)
Mais Gilgamesh confirmera sans doute (ou donnera une raison qui m'échapperait)
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Je suppose qu'il existe des catalogues dans lesquels tout cela est répertorié, non ? Dans ce cas il est aisé de comparer les distances connues (pas besoin d'aller jusqu'à plus de 8 ou 10 Mal.)Salut,
Je crois que c'est très difficile :
- on ne sait pas remonter tout au début
- pour les plus lointaines, il peut être très difficile de déterminer la structure
- il peut y avoir un biais d'échantillonnage (à cause des différences de luminosité)
Mais Gilgamesh confirmera sans doute (ou donnera une raison qui m'échapperait
Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.
Merci, Gilgamesh pour cette très intéressante réponse !
C'est bien ce que j'avais déjà à peu près compris. Cependant, j'ai lu (y'a longtemps) qu'il y avait d'autres théories que les ondes de densité comme explication à leur existence car le théorie des ondes de densité n'est pas pleinement satisfaisante à répondre aux observations.
Mais si je comprends bien, l'onde de densité tourne un peu plus vite que les étoiles autour du centre de gravité de la galaxie. Lorsque l'onde approche d'une étoile, celle-ci 'plonge' dans l'onde et en ressort un peu plus lentement qu'elle n'y est entrée. Mais alors sa vitesse de rotation autour du centre de gravité de la galaxie doit se trouver plus grande, non ? Les étoiles passant d'un bras à l'autre doivent s'éloigner du centre de la galaxie ? J'ai aussi du mal à comprendre pourquoi ces régions de densité plus grande sont en mouvement rotatif autour de la galaxie et comment ils se forment. Apparemment, lorsqu'une galaxie a épuisé tout son gaz, les ondes de densité disparaissent, le coupable serait donc la quantité de nuage de gaz contenue dans la galaxie.
Oups ! Pardon ! Je viens de relire ton explication qui dit que les ondes de densité tournent dans le sens opposé aux étoiles et nuages de gaz ! Elles ne doivent donc avoir une vitesse plus grande une fois être passées au travers d'un bras ? Peut-être même perdent-elles de la vitesse, l'onde de densité tournant en sens contraire des étoiles ? Et j'ai toujours du mal à comprendre pourquoi les ondes de densité tournent et comment elles se forment !Tout ça reste bien mystérieux !
Quelqu'un connait-il des liens vers des articles / vidéo / conférences / podcast qui pourrait m'aider à trouver des réponses ? À moins que quelqu'un n'aie tout bonnement l'explication à exposer ici !
Merci !
Oui, des bases de données. Mais je ne saurais pas de répondre par la positive ni par la négative, je ne connais pas le contenu de ces BD.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
La principale difficulté c'est qu'à haut redshift, la propension de galaxies aux formes irrégulières augmente au dépend des galaxies spirales et elliptiques.
Quelques données ici :
THE GALAXY MORPHOLOGY-REDSHIFT RELATIONSHIP
Parcours Etranges
Salut,
Merci Gilgamesh, c'est exactement le genre de données que je souhaitais. C'est vachement complexe ! Mais c'est vraiment intéressant.
"Il ne suffit pas d'être persécuté pour être Galilée, encore faut-il avoir raison." (Gould)
Il y a un autre concept important, celui de la vallée verte. Ci dessous, un diagramme couleur-masse des galaxies.
En bas, les galaxies bleues (~ spirales), c'est à dire formant des étoiles. En haut les rouges (~ elliptiques) ou galaxies quiescentes, à la formation stellaire éteinte. Et entre les deux, la vallées verte, zone de transition.
On voit nettement que les galaxies quiescentes sont globalement plus massives que les galaxies à la natalité vigoureuse, ce qui va dans le sens du scénario hiérarchique.
source
Dernière modification par Gilgamesh ; 30/03/2018 à 08h46.
Parcours Etranges
Ce schéma là me semble particulièrement intéressant.
/!\ Attention : early-type (type précoce) désigne les elliptique et late-type (type tardif) désigne les spirale. Comme pour le type spectral des étoiles, les premières classifications se trouvent être à l'opposé des théories d'évolution, mais le vocabulaire est resté.
source
Parcours Etranges
Ben hé, les vampires ! Vous avez l'air de bien vous y connaitre ! Et mes questions alors !
Salut,
La question de Jopo28 me fait réaliser que quelque chose n’est pas clair pour moi non plus :
Partons du principe qu’il y a deux types de galaxies spirales, Leading et Trailing (la premiere est une scie circulaire qui tourne dans le sens qui coupe et la seconde dans le sens inverse, pour Jopo).
Si on prend une Trailing (sens intuitif de rotation), alors la matiere, sous forme de zones de densité (= bras), tourne dans le sens trailing et l’onde remonte lentement en sens inverse de la matiere. Malgré ce sens inverse, emportée par la matière, l’onde ira aussi en sens trailing mais moins vite que la matière (= les bras vont un poil moins vite que la matiere) ?
Meme question pour les Leading, exactement. D’où la suivante : comment les bras peuvent ils etre incurvés dans un sens ou dans l’autre (Leading et Trailing) ? et pourquoi ne trouve t on pas de galaxies «etoiles» (avec des bras droits), juste une «irrégularité» initiale conservée ?
Merci d’avance
Mailou
Trollus vulgaris
Les ondes de densités forment les bras eux même. Elles ne passent pas d'un bras à l'autre.
EN vulgarisation, non je n'ai rien trouvé. L'image de l'embouteillage ne t'aide pas ?Peut-être même perdent-elles de la vitesse, l'onde de densité tournant en sens contraire des étoiles ? Et j'ai toujours du mal à comprendre pourquoi les ondes de densité tournent et comment elles se forment !
Quelqu'un connait-il des liens vers des articles / vidéo / conférences / podcast qui pourrait m'aider à trouver des réponses ? À moins que quelqu'un n'aie tout bonnement l'explication à exposer ici !
Dernière modification par Gilgamesh ; 03/04/2018 à 10h15.
Parcours Etranges
Pas sûr de bien comprendre la question.
Attention au préalable à ce point important : la vitesse relative de l'onde de densité et des étoiles dépend du rayon. A l'intérieur du cercle de corotation, les étoiles sont plus rapide que le bras, et à l'extérieure elles sont plus lentes. Et par ailleurs l'onde n'est pas emportée par la matière, pas plus que ne l'est un embouteillage.
Ci dessous une schéma théorique.
Source : Theory of Spiral Arm Formation
Parcours Etranges
Salut Gilga,
Merci pour ta réponse, inutile que je reformule ma question car tu y as répondu. Par contre ce n’est pas sans soulever d’autres questions : pourrais tu détailler un peu ce que sont les 3 vitesses représentées (comment la vitesse de l´onde peut elle ne pas dependre du rayon, pourquoi cette unité de vitesse angulaire en tour/temps et pas vitesse tangentielle, difference entre motion of orbit et motion of a star in orbit etc) et ce qui se passe au niveau des cercles de resonnance ?
En te remerciant par avance
Mailou
Dernière modification par Mailou75 ; 01/04/2018 à 20h57.
Trollus vulgaris
Bon ok avec mes deux premieres questions j´ai dejà une partie de la réponse... l’onde fait environ 7 tours par milliard d’années quel que soit le rayon considéré, donc la «forme de l’onde» reste rigide pendant la rotation.
Toutefois, quand je regarde la courbe rouge elle m’est familiere en tant que vitesse orbitale autour/dans un astre, mais vitesse tangentielle du coup les unités me piquent les yeux...
Trollus vulgaris
Ah si, si ! Mais je crois que j'avais déjà assez bien compris le principe. Ce sont les détails qui me sont plus difficiles à comprendre. En tous cas, merci pour l'illustration et le lien vers la théorie ! Je vais potasser ça en espérant trouver des réponses. Je suis bien content de parler anglais car il y a vraiment beaucoup plus d'infos dans cette langue. L'idéal serait une vidéo avec quelques animations & explications. J'en ai trouvé quelques-unes mais rien qui rentre vraiment dans le détail de la connaissance actuelle. Et je dois dire qu'ayant lu quelque part qu'il y avait des alternatives à la théorie des ondes de densité, j'aimerais bien les connaitre.
Mais bon... Merci pour toutes ces infos ! Ça me donne plein de pistes de réflexion pour tenter de bien comprendre tout ça.
Ah ! Ici : https://fr.coursera.org/learn/evolvi...of-spiral-arms , vers 2mn45, on comprend comment la densité des étoiles plus importante à certains endroits à cause du mouvement elliptique autour d'une galaxie déclenche les ondes ! J'ai déjà une première réponse ! C'est tout de suite plus clair avec quelques dessins et un gars qui explique avec ses mains !
Grr. La vidéo s'arrête : faut s'inscrire au cours pour voir la suite ! J'ai vraiment pas le temps de suivre ce cours.
J'ai un peu de mal à comprendre pourquoi ou comment les étoiles finissent par sortir du bras... Est-ce juste à cause de leur inertie ?
Dernière modification par JoPo28 ; 02/04/2018 à 17h04.
Pas de bras pas de chocolat ? snif
Trollus vulgaris
