Vitesse d'évasion galactique

[bintang]

Bonjour,

Dans ce post, http://forums.futura-sciences.com/as...-lunivers.html, j’écrivais :

.. A la vitesse de 1% de c (3000 km/s) on est à quasiment 10 fois la vitesse d'évasion de la Galaxie à la distance du Soleil.

Pour trouver la vitesse d'évasion galactique à la distance du Soleil, j'avais en mémoire une vitesse orbitale du Soleil de 220km/s autour de la Galaxie, et en multipliant par 1,414 (2^0.5) en application des lois de Kepler à partir d'une orbite du Soleil supposée circulaire autour du centre galactique, je trouvais une vitesse d'évasion de 310 km/s.

Exemple de site donnant une vitesse orbitale du Soleil de 220 km/s :

http://www.ac-nice.fr/clea/lunap/htm.../GalMasEB.html



Je retrouve cette publication du CNRS qui donne une vitesse d'évasion bien plus élevée, de 500 km/s +/- 40 km/s.

http://cat.inist.fr/?aModele=afficheN&cpsidt=203236

'Ainsi à partir des vitesses des 80 étoiles retenues et en tenant compte de leurs erreurs, la méthode statistique développée par Leonard & Tremaine (1990) a été appliquée et une valeur de 500 ± 40 km s−1 pour la vitesse d'évasion au voisinage solaire a été obtenue. Cette détermination nous permet, moyennant l'utilisation d'un potentiel galactique logarithmique, de donner un intervalle de masse galactique compris entre 3 10^11 et 7 10^11 masses solaires.'

Comment expliquer ce delta important entre vitesse orbitale galactique de 220 km/s et vitesse d'évasion galactique de 500 km/s ? L'explication est elle à chercher dans la non application des lois de Kepler à cause de l'effet 'matière sombre' ?

Merci pour vos réponses.
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[Coincoin]

Salut,
Le mouvement galactique n'est pas képlerien. Ça serait le cas si tu avais une masse concentrée au centre.
Du coup, quand tu t'éloignes du centre de la galaxie, le potentiel ne remonte pas aussi vite que dans le cas képlerien : il y a encore plein de matière pour t'attirer.
Une grande part de cette matière est de la matière noire, sous forme d'un halo entourant la galaxie. C'est justement pour expliquer le fait que la vitesse orbitale ne diminuait pas comme dans le cas képlerien à grande distance du centre galactique que la matière noire a été introduite initialement.

[bintang]

Bonjour Coincoin,

Merci pour ta réponse.

Je comprends bien que la vitesse orbitale soit influencée par la matière noire, mais ma question portait plus sur le ratio vitesse d’évasion/vitesse orbitale > 2. Cela dit, je suppose que la cause est fort probablement la même.

Dans le document datant de 1999 cité dans mon premier post, la masse Galactique estimée est de 300 à 700 milliards de masses solaires. J’interprète ce chiffre comme étant la masse galactique totale incluant la masse sombre.

Wiki donne 180 à 370 milliards de masses solaires : http://fr.wikipedia.org/wiki/Voie_lact%C3%A9e

Est ce une autre (nouvelle ?) estimation de la masse totale ou est ce l’estimation de la masse visible uniquement ? Quels sont les chiffres officiellement admis actuellement pour la masse de la Galaxie ?

Question subsidiaire, comment fait on pour estimer la masse visible seule de notre Galaxie , et donc la proportion de masse sombre ? En utilisant le meme ratio que pour les autres galaxies ?

[Coincoin]

Je comprends bien que la vitesse orbitale soit influencée par la matière noire, mais ma question portait plus sur le ratio vitesse d’évasion/vitesse orbitale > 2. Cela dit, je suppose que la cause est fort probablement la même.

Le point-clé est qu'il y a encore plein de matière (noire ou pas) à l'extérieur. L'approximation képlerienne (qui marche dans le cas d'une masse centrale) ne s'applique pas. Il n'y a qu'à voir le magnifique profil de vitesse de ton premier message pour voir que ça n'a rien de képlerien.

Pour ce qui est de l'estimation de la masse de la Galaxie, je pense qu'il y a deux choses : la dynamique interne et nos voisins. On sait que pour que ça tourne autant sur les bords, il faut beaucoup de matière (noire). En extrapolant le profil ainsi déterminé, on doit pouvoir avoir la masse totale. Le problème, c'est que ça sonde très mal les régions externes. Il peut donc être intéressant d'étudier la dynamique des galaxies satellites de la Voie Lactée et des galaxies dans l'amas local.

[A voir en vidéo sur Futura]

[bintang]

Encore merci Coincoin Je ne savais pas que la matière noire galactique n'était pas forcément répartie uniformément. Toutes ces histoires de masse manquante ce n'est pas trop mon truc.

Généralement , pour ce genre de question, j'aime bien aller voir ce que dit le Cours Intro d'Astronomie et Astrophysique de Agnès Acker chez Dunod , juste histoire de ne pas trop raconter de betises ! .... Mais là, je l'ai prêté

[invite6ed3677d]

Salut,

J'ai peut-être mal lu (ou je travaille trop ... qui sait ?) mais il me semble que la masse à l'extérieur du rayon orbital n'affecte pas le corps en orbite (cf. Isaac Newton).

Disons que le Soleil est en orbite plane et circulaire autour du CG (O douce utopie du dynamicien galactique !).
Sa vitesse v est déterminée par
1) la distance d, i.e. le rayon de l'orbite (~ 8kpc)
2) la masse interne M(<), i.e. la masse totale de la galaxie entre 0 et 8kpc.


C'est ce qui donne le profil de vitesse que tu as dessiné.

En réalité, il faut ajouter les effets de la friction dynamique qui freine le Soleil, du passage des bras spiraux etc ... mais quand on a besoin de faire une estimation comme celle là, on ne se préocupe pas de tout ca.

En ce qui concerne la mesure de la masse visible, il ne faut évidemment pas utiliser de méthode dynamique parce qu'elle prend en compte la masse totale (avec matière noire). En général, on fait une moyenne de la masse d'une étoile et une estimation du nombre d'étoiles. On ajoute ~10% de gaz et ca marche plutot bien.

Enfin, pour la dynamique des satellites, le gros problème est la combinaison force de marée + friction dynamique. Ce sont deux paramètres qui ne peuvent être bien contraints que si le profil de densité de la galaxy (matière noire incluse) est connu. Les simulations des courants (tidal streams) sont une bonne méthode pour faire ca, mais ca reste assez dificile à comparer aux observations.

PS: Coincoin, il me semble que tu confonds les cas Képlérien et Newtonien: je peux avoir un potentiel non newtonien avec une orbite képlérienne dedans.

[Coincoin]

il me semble que la masse à l'extérieur du rayon orbital n'affecte pas le corps en orbite (cf. Isaac Newton).

Très abusif comme formulation ! Le seul truc qui permet de dire quelque chose du genre, c'est le théorème de Gauss avec une bonne dose de symétrie.

je peux avoir un potentiel non newtonien avec une orbite képlérienne dedans.

L'orbite képlerienne n'est qu'un cas particulier avec potentiel newtonien et masse centrale. Dans une galaxie, on n'a pas de masse centrale.

[invite6ed3677d]

Très abusif comme formulation ! Le seul truc qui permet de dire quelque chose du genre, c'est le théorème de Gauss avec une bonne dose de symétrie.

... ou éventuellement la loi de Newton en symetrie sphérique

Si je prends un profile de densité et que j'utilise la formule de vitesse circulaire, je tombe (au bruit de Poisson près) sur le profile de vitesse (car j'ai moyenné les perturbations (epicycles, frcition, relaxation) sur tout le rayon).

L'orbite képlerienne n'est qu'un cas particulier avec potentiel newtonien et masse centrale. Dans une galaxie, on n'a pas de masse centrale.

Problème de définition alors. Si je donne à un corps la bonne énergie et le bon moment angulaire, il aura une jolie ellipse pour orbite, même dans un potentiel NFW!
La seule approximation que je fais ici, c'est l'absence de friction.
Képlérien ne veut pas dire potentiel en 1/r. (Ca c'est newtonien).

[vaincent]

...Képlérien ne veut pas dire potentiel en 1/r. (Ca c'est newtonien).

Alors qu'est-ce-que tu appels képlérien ?

[Coincoin]

Képlérien ne veut pas dire potentiel en 1/r. (Ca c'est newtonien).

Et pour compléter la question de Vaincent, qu'est-ce que tu appelles newtonien ? Parce que de mon point de vue de cosmologiste, "newtonien" s'oppose à "relativiste" ou à "gravité modifiée". Donc une distribution continue de masse a un potentiel newtonien qui ne varie pas en 1/r à l'intérieur.
Je pense qu'une fois qu'on se sera mis d'accord sur le vocabulaire, on sera totalement d'accord.

[invite6ed3677d]

Et pour compléter la question de Vaincent, qu'est-ce que tu appelles newtonien ? Parce que de mon point de vue de cosmologiste, "newtonien" s'oppose à "relativiste" ou à "gravité modifiée". Donc une distribution continue de masse a un potentiel newtonien qui ne varie pas en 1/r à l'intérieur.
Je pense qu'une fois qu'on se sera mis d'accord sur le vocabulaire, on sera totalement d'accord.

En dynamique, on fait la différence entre le potentiel Newtonien (1/r) et la gravitation Newtonienne (1/r²).
Une orbite Képlérienne est la trajectoire conique d'un corps, dont l'un des foyers est le centre de masse du corps attracteur.

Bon, ok, je chipotte un peu ... mais l'approximation de vitesse circulaire est tout à fait justifiée, même pour un disque (c'est sur que le halo aide un peu )!