Vitesse de rotation Galaxie

[inviteea8f3ea4]

Salut à tous, alors je débute sur le forum et je commence avec quelques petites questions sur les galaxies.
En fait, je me demandais comment on faisait pour déterminer la vitesse de rotation d'une galaxie.
Donc pour se faire, j'avais songé à utiliser la méthode de mesure par l'hydrogène (mesure de la largeur des raies) c'est une méthode que j'ai retrouvé dans plusieurs ouvrages.
Cependant, la question que je me suis posé est : est ce que cette méthode est valable pour toutes les configurations d'observations? Galaxie de face, à plate et autre...

Ensuite, je voulais savoir de quelle manière pouvons nous déduire la quantité de matière au sein d'une étoile avec la mesure de la vitesse de rotation? J'ai pensé (si on reprends la méthode des raies) à la hauteur de la raie (qui est son intensité). Est ce que vous pensez que ca serait la bonne méthode?

A bientôt
-----

[yves95210]

Bonjour, et bienvenue sur le forum.

En fait, je me demandais comment on faisait pour déterminer la vitesse de rotation d'une galaxie.
Donc pour se faire, j'avais songé à utiliser la méthode de mesure par l'hydrogène (mesure de la largeur des raies) c'est une méthode que j'ai retrouvé dans plusieurs ouvrages.

On utilise effectivement la raie de l'hydrogène. Mais ce n'est pas sa largeur qui donne une indication de vitesse, c'est le décalage de sa longueur d'onde dans le spectre par rapport à la longueur d'onde de cette raie mesurée en laboratoire.

Cependant, la question que je me suis posé est : est ce que cette méthode est valable pour toutes les configurations d'observations? Galaxie de face, à plate et autre...

Non, effectivement : s'il s'agit d'une galaxie spirale et qu'elle est vue "de face", la vitesse linéaire des étoiles de son disque est à peu près orthogonale à l'axe de visée, et il n'en résulte pas ou peu de décalage spectral.
En revanche la méthode s'applique bien au disque d'une galaxie vue "de côté" : du fait de la rotation du disque, les étoiles situées (par exemple) à gauche de son axe de rotation se rapprochent de nous (décalage vers le bleu) à une vitesse dépendant de leur distance à l'axe, alors que celles qui sont situées à droite de l'axe s'éloignent de nous (décalage vers le rouge).
Si le plan galactique présente une inclinaison d'un certain angle par rapport à cette situation idéale, il faut tenir compte de cet angle dans le calcul, puisque c'est uniquement la composante de la vitesse parallèle à l'axe de visée qui cause un décalage spectral.

Ensuite, je voulais savoir de quelle manière pouvons nous déduire la quantité de matière au sein d'une étoile avec la mesure de la vitesse de rotation? J'ai pensé (si on reprends la méthode des raies) à la hauteur de la raie (qui est son intensité). Est ce que vous pensez que ca serait la bonne méthode?

Encore une fois, ce n'est pas la hauteur de la raie qui importe, c'est son décalage spectral.

D'autre part, je suppose que tu veux parler d'une galaxie, et non d'une étoile ?
On pourrait s'attendre à ce que la vitesse des étoiles de la périphérie d'une galaxie (assez loin pour que presque toute la masse de la galaxie soit à l'intérieur de leur orbite) décroisse suivant la loi v²=GM/r. Cela permettrait effectivement de déduire la masse d'une galaxie des vitesses observées.

En fait ce n'est en général pas le cas : pour une majorité de galaxies, à partir d'une distance suffisante du centre, on observe un "aplatissement" de la courbe de rotation (vitesse en fonction du rayon), c'est-à-dire une vitesse qui tend à être constante. C'est ce qui conduit à faire l'hypothèse de la présence d'une masse de matière indétectable autrement que par son effet gravitationnel, la "matière noire", qui serait distribuée dans un halo de diamètre supérieur à celui du disque de la galaxie.

[inviteea8f3ea4]

Merci pour la réponse.
Alors dans le livre "à la découverte des galaxies" de boselli, il cite bien que la vitesse de rotation est liée à la largeur de la raie d'hydrogène.
Le décalage spectrale en revanche est utilisé pour mesure la vitesse propre écrit telle que v=c*z.
Est ce que c'est possible que j'ai mal interprété le contexte d'utilisation du théorème?
Ensuite,
j'ai donc la vitesse propre V d'une galaxie,
le paramètre de Hubble H,
la distance D de la galaxie (en km),
et la vitesse radiale Vr.

Ces quatres paramètres sont liés dans la formule suivante que j'ai :

V=H*D+Vr.

Dans le message précedent et dans quelques ouvrages, j'ai bien vu que : Vr²=GM/r ou r est la position radiale.

Je ne comprend pas de quelle manière on peut déterminer la composante radiale dans un décalage spectral.

Si je décortique bien tout ce qui m'a été dit:
- je possède le décalage spectral décrit par la formule z=(lambda(obs)-lambda(labo))/lambda(labo)=obs/labo -1.
- de ce décalage spectral, on peut déduire la vitesse propre v si z est relativement petit :
v~c*z.
Est ce que c'est ici qu'il faut inclure la partie radiale de la vitesse? V=HD+Vr=z*c? Comment fait on pour le calcul?
Cependant, si z est grand, il est possible d'utiliser une alternative : v=c*{(z+1)²-1}/{(z+1)²+1}
On possède la vitesse en km.s-1 et de là il est possible de calculer avec le paramètre de Hubble, la distance D=V/H0 exprimée en Mpc.

Pour la vitesse radiale, faut il passer par
- le projeté du vecteur v par rapport à l'angle teta? teta = angle(O-centre_galaxie; O-Centre_etoile situé à 90° de O-centre_galaxie).
- ou faut il utiliser la formule du vecteur radial en passant par : Vr=a(t)*dx/dt ou a est tel que da/dt*(1/a(t))=H para de hubble?

Ensuite, lorsqu'on me demande d'identifier des raies à partir d'un relevé de spectre, on me propose des raies d'absorption et des raies d'emissions. Je suis parti avec l'hypothèse que les résultats sur les vitesses étaient les mêmes pour les premières ou pour les deuxièmes. Maintenant je me demande si effectivement, la composante radiale n'intervient pas sur l'absorption ou sur l'émission. Par contre pour les identifier, j'ai simplement comparé deux raies telles que la différence entre deux raies consécutives était la même. Les absorption restent entre elles de même que les raies d'émissions.

Enfin, la dernière mais pas la moindre, je possède mon module de distance nu=m-M. m= magnitude et M =magnitude absolue.
On m'a demandé par quel procédé je pouvais retrouver M à partir de m.
En toute logique, j'ai proposé deux méthodes : la première se fait à partir du nu et la deuxième se faisant à partir de la lumière intrinsèque. Mais est ce qu'il existe des méthodes différentes de celles que je viens de citer?

Je suis un passionné par la cosmo et j'avoue que mes questions peuvent être loin de tout ce dont vous avez l'habitude de parler.

[yves95210]

Alors dans le livre "à la découverte des galaxies" de boselli, il cite bien que la vitesse de rotation est liée à la largeur de la raie d'hydrogène.
Le décalage spectrale en revanche est utilisé pour mesure la vitesse propre écrit telle que v=c*z.
Est ce que c'est possible que j'ai mal interprété le contexte d'utilisation du théorème?

Je ne suis pas plus expert en cosmologie que toi (ça serait donc bien que quelqu'un de plus qualifié relise et corrige éventuellement ce que je vais écrire).
Entre autres, je n'avais jamais entendu parler de la largeur de la raie d'hydrogène comme moyen de mesure de la vitesse de rotation.

Cependant, en y réfléchissant, la largeur de cette raie peut permettre de déterminer la différence entre la vitesse d'éloignement de la galaxie (en gros celle de son centre de masse), qui correspondrait au centre de la raie, et les vitesses des étoiles en périphérie de la galaxie : par rapport au centre de la raie le décalage spectral du rayonnement émis par les étoiles dont la rotation fait qu'elles s'éloignent de nous moins vite que la vitesse d'éloignement moyenne de la galaxie sera plus "vers le bleu", et inversement "vers le rouge" pour celles qui s'éloignent de nous plus vite. La largeur de la raie permettrait donc de déduire un maximum de la vitesse de rotation des étoiles autour de la galaxie. C'est sans-doute utile dans le cas de galaxies trop lointaines pour que les moyens d'observation d'aujourd'hui permettent de "séparer" les étoiles pour en mesurer le décalage spectral.

Ensuite, il me semblait que quand on parle de vitesse propre d'une galaxie, il s'agit de sa vitesse de déplacement par rapport à son environnement local (disons le superamas), supposé "comobile", c'est-à-dire dont la vitesse d'éloignement apparente n'est due qu'à l'expansion. Quand on mesure le décalage spectral d'une galaxie (le centre de la raie ci-dessus), on mesure en fait la somme de la vitesse d'éloignement due à l'expansion et de la composante radiale de la vitesse propre de la galaxie.

j'ai donc la vitesse propre V d'une galaxie,
le paramètre de Hubble H,
la distance D de la galaxie (en km),
et la vitesse radiale Vr.

Ces quatres paramètres sont liés dans la formule suivante que j'ai :

V=H*D+Vr.

Oui, à part que :
1) (dans mon vocabulaire à moi) V est la vitesse radiale totale de la galaxie (expansion + vitesse propre selon la définition ci-dessus), et V_r la composante radiale de la vitesse propre d'une étoile. Pour éviter les malentendus, je précise radial = suivant l'axe de visée (car tu utilises radial dans un autre sens, à propos du rayon de l'orbite d'une étoile, dans le paragraphe suivant).
2) H s'exprime habituellement en km/s/Mpc, et il faut donc prendre D en Mpc (comme tu le dis d'ailleurs plus loin).

Dans le message précedent et dans quelques ouvrages, j'ai bien vu que : Vr²=GM/r ou r est la position radiale.

Je ne comprend pas de quelle manière on peut déterminer la composante radiale dans un décalage spectral.

Si tu parles de la composante radiale (suivant notre axe de visée) de la vitesse propre d'une étoile en rotation dans la galaxie, c'est bien le décalage spectral qui permet de la déterminer - ou plutôt la différence entre le décalage spectral de cette étoile et celui d'un objet théorique situé au centre de masse de la galaxie (ce qui doit correspondre au centre de la raie dont tu parlais).

Si je décortique bien tout ce qui m'a été dit:
- je possède le décalage spectral décrit par la formule z=(lambda(obs)-lambda(labo))/lambda(labo)=obs/labo -1.
- de ce décalage spectral, on peut déduire la vitesse propre v si z est relativement petit :
v~c*z.
Est ce que c'est ici qu'il faut inclure la partie radiale de la vitesse? V=HD+Vr=z*c? Comment fait on pour le calcul?

V est ce que j'ai appelé la vitesse radiale totale.
z "relativement petit", autrement dit V << c, est applicable tant que la vitesse d'éloignement due à l'expansion est elle-même très inférieure à c, donc disons pour D < 100 Mpc. En gros, pour nous, dans le superamas local. Mais là on est dans une structure liée gravitationnellement, donc ça devient plus compliqué de parler de l'effet de l'expansion.

Je ne vois pas quel calcul tu cherches à faire (peut-être faut-il que je lise la suite, mais ça commence à être long ).
Si ce qui t'intéresse est V_r (composante radiale de la vitesse propre), et que tu connais z et D, c'est immédiat.

Cependant, si z est grand, il est possible d'utiliser une alternative : v=c*{(z+1)²-1}/{(z+1)²+1}
On possède la vitesse en km.s-1 et de là il est possible de calculer avec le paramètre de Hubble, la distance D=V/H0 exprimée en Mpc.

A des distances où V_r devient négligeable devant HD (donc pour z suffisamment grand), oui.

Mon message commence à être un peu long, et je risque de dire des bêtises si je continue, donc j'en reste là pour le moment. Si personne d'autre ne le fait entre temps, et si j'en ai le courage, j'essaierai de répondre à la suite de ton message plus tard.

[A voir en vidéo sur Futura]