stabilité des galaxies

[invite9dc7b526]

bonjour à tous,

en regardant une image de galaxie, gros nuage d'étoiles qui tournent autour d'un centre, je me suis demandé si les galaxies :

1) ont tendance à se contracter, sous l'effet de la gravité.
2) ont tendance à se dilater (force centrifuge?)
3) sont stables.

voilà, si quelqu'un pouvait donner une réponse pas trop technique (autrement je ne comprendrais pas)

ah et puis il y a d'autres possibilités:

4) certaines se contractent d'autres se dilatent.
5) on n'en sait rien.
6) ma question n'a pas de sens.
-----

[Deedee81]

Salut,

Elles sont stables car les étoiles y sont simplement en orbite, comme les planètes autour du Soleil.

Ceci dit, il y a des influences entre étoiles ce qui engendre un peu de chaos. On a ainsi des étoiles trop rapide qui peuvent être éjectées et des lentes qui tombent vers Gargantua (le TN au centre).
Mais ce phénomène est assez peu important sauf peut-être après une grosse perturbation (fusion de deux galaxies par exemple) ou dans les ensembles du type amas globulaires.

[invite554578cf]

Hum, Deedee je parle sous ton contrôle :

il me semble que la question est hyper pertinente, en théorie je crois qu'elles devraient se "défaire" du moins pour les étoiles périphériques (à l'exclusion, en première approche, du bulbe, j'imagine*), à cause de l'effet centrifuge*. Et justement elles sont plutôt stables (et pour les calculs je crois qu'on les considère stables par l'utilisation d'un viriel) à l'observation. Ceci a donc participé à faire éclore le concept de matière noire pour expliquer l'apparente stabilité des galaxies.

Je suis dans le faux Deedee ?


* tout à coup j'ai un gros doute concernant le bulbe, vu que l'effet centrifuge y est plus fort qu'à la périphérie... Pourtant j'ai très souvent lu et entendu que la gravité de la seule masse visible n'explique pas la cohérence de la galaxie ; par ailleurs, Vera Rubin et d'autres ont montré que les étoiles périphériques avançaient/tournaient plus vite qu'elles ne le devraient par l'effet gravitationnel des seules masses visibles. Mince, il y a une contradiction et je ne m'y retrouve plus !

[phys4]

. Pourtant j'ai très souvent lu et entendu que la gravité de la seule masse visible n'explique pas la cohérence de la galaxie ; par ailleurs, Vera Rubin et d'autres ont montré que les étoiles périphériques avançaient/tournaient plus vite qu'elles ne le devraient par l'effet gravitationnel des seules masses visibles. Mince, il y a une contradiction et je ne m'y retrouve plus !

Mais non, pas de difficulté : les deux observations vont dans le même sens : il faut plus de masse pour comprendre les vitesses orbitales plus rapides.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Mailou75]

Mais non, pas de difficulté : les deux observations vont dans le même sens : il faut plus de masse pour comprendre les vitesses orbitales plus rapides.

- Bonjour Monsieur Newton, vous savez que votre formule ne marche pas sur les galaxies ?
- Les quoi...?
- Ah oui pardon, des ensembles de milliards d’étoiles ayant un centre de rotation commun.
- Humm... et vous pensez qu’une formule valable pour un astre est adaptée au cas ?
- Ben non mais on a pas mieux. Enfin si mais c’est inutilisable, trop compliqué...
- Et c’est quoi le problème ?
- Ca tourne trop vite par rapport à la masse si on applique votre formule.
- Et... je vous ai dit que ce n’était pas adapté.
- On a ajouté de la masse
- Comment ??
- Dans la formule, directement
- Vous vous foutez de moi ?
- Non... on appelle ça matière noire, ça fait un peu mystique...
- Laissez moi dormir, vous êtes des ânes !

[invite9dc7b526]

merci pour vos réponses.

pour épuiser la question: sur quel argument se base-t-on pour dire que les galaxies sont stables? est-ce parce qu'on en observe des jeunes et des vieilles qui se ressemblent?

avant de poser la question j'y avais un peu réfléchi et je m'étais dit qu'on devait pouvoir dire si les galaxies se contractaient ou s'étendaient ou restaient stables à partir de la répartition des masses, mais puisqu'il semble que cette répartition est incompatible avec la stabilité c'est qu'il y a un autre argument.

[invite51d17075]

bjr,
qu'entend tu par stable ?
il existe des phénomènes chaotiques ( déjà évoqué ) ainsi que des disparitions ( novaes ) et créations.
en tout cas, celle que tu sembles évoquer n'est pas envisagée: expulsion des étoiles lointaines due à leur vitesse de rotation.
cette constatation a donnée lieu ( outre les nb fils ) à deux hypothèses : une modification de la li de newton ( aujourd'hui très peu suivie ) ou présence additionnelle de matière dite " noire" car non visible, à la diff des étoiles par exemple.
donc parler "d’incompatibilité" me semble inapproprié.

Dans le temps long, les galaxies ont cependant évoluées dans leurs structures.
les très anciennes étaient certainement plus petites et moins "structurées", même si il existe des exceptions de très vielles galaxies déjà spirales.
L'évolution ( de ce que j'en crois en avoir compris ) tient surtout aux fusions de galaxies.

Mais, il est clair qu'on a pas observé directement l'évolution d'une galaxie pendant des milliards d'années.

[invite9dc7b526]

qu'entend tu par stable ?

j'entends que si on définit le diamètre d'une galaxie comme par exemple celui de la sphère contenant 99% des étoiles, ce diamètre ne change pas dans le temps (sauf sans-doute à l'époque de la formation de la galaxie).

[invite51d17075]

j'aurai tendance à reprendre l'analogie de Deedee du début.
stable dans le même esprit qu'un système solaire.
c-a-d avec une évolution à long ( très long ) terme possible ( je crois qu'on se pose des questions sur nos géantes éloignés , mais à cause de leurs influences réciproques) et en tenant compte de possibles phénomènes chaotiques "locaux".

ps: et pour le système solaire , l'évolution des trajectoires lunes proches de leurs planètes ( en raison des forces de marée )

[papy-alain]

Je me demande si l'historique des données observationnelles dont nous disposons permettent de tracer avec précision la trajectoire des étoiles dans les galaxies ?

[invite51d17075]

la précision est relative ( je n'en connais pas la valeur exacte )
de plus, ce n'est pas par observation directe du suivi d'étoiles spécifiques en périphérie mais en analysant le spectre lumineux des galaxies spirales vue sur la tranche ( ou presque ) comme Andromède ou certaines autres.

la vitesse des étoiles au bords ( gauche et droite ) s'estime alors par les diffs des décalages spectraux.
plus la galaxie tourne vite sur son extérieur plus l'écart est important, et on peut donc comparer la vitesse déduite de celle qui serait attendue avec les lois usuelles.

ps: pas uniquement au bord , mais aussi selon la distance au centre.

[invite6486d7bd]

- Bonjour Monsieur Newton, vous savez que votre formule ne marche pas sur les galaxies ?

Normal que ça marche pas, vu les distances énormes (ça marche déjà pas bien à l'échelle d'un système stellaire alors une galaxie ).
On doit donc prendre en compte "le délai", et dans ce cas, tant qu'à faire, on fait appel à la relativité.

Par contre, ce qui est surprenant, c'est que dans ce cas de figure il est encore question de masse manquante lorsqu'on fait des simulations.
Et pour en revenir à Newton, tout se passe comme si à courte distance la gravité est proportionnelle à l'inverse de la distance au carré, et à longue distance la gravité tend à devenir proportionnelle à l'inverse de la distance. (théorie de la gravitation modifiée, en Mond par exemple)
On note que d2 est une surface alors que d est un droite. (1)

Donc soit il existe une masse cachée, soit la simulation est erronée.
Je penche pour la deuxième hypothèse.

A mon avis donc, et ce n'est qu'un avis que l'on peut critiquer bien sûr, le problème vient de la compréhension de la propagation des ondes gravitationnelles (la variation de la courbure).
Le point (1) indique qu'en tout point subissant une variation, repart une onde, qui se propage à son tour à tout point etc etc, tout s'équilibre (c'est extrêmement difficile à simuler et ça nécessite des puissances de calcul colossales puisque c'est en tout point de l'espace que repartent les ondes, et non pas uniquement là où se trouve de la matière).
Ce qui explique d'ailleurs qu'à longue distance, une variation produit comme des bifurcations (du fait du délai...), qui s'apparentent à des droites (et non plus à des surfaces (on parle d'énergie...))

[pm42]

Normal que ça marche pas, vu les distances énormes (ça marche déjà pas bien à l'échelle d'un système stellaire alors une galaxie ).

Ca marche tellement bien à l'échelle d'un système stellaire qu'on calcule les positions des planètes avec et qu'on s'en sert pour détecter les exoplanètes.
Et ça marche aussi à n'importe quelle échelle...

On doit donc prendre en compte "le délai", et dans ce cas, tant qu'à faire, on fait appel à la relativité.

Il n'y a pas de "délai". Et pas besoin de la Relativité à ce niveau de vitesse et intensité de la gravitation.

Le reste est du même niveau de nawak avec une pointe de "théorie" perso...

[papy-alain]

la précision est relative ( je n'en connais pas la valeur exacte )
de plus, ce n'est pas par observation directe du suivi d'étoiles spécifiques en périphérie mais en analysant le spectre lumineux des galaxies spirales vue sur la tranche ( ou presque ) comme Andromède ou certaines autres.

la vitesse des étoiles au bords ( gauche et droite ) s'estime alors par les diffs des décalages spectraux.
plus la galaxie tourne vite sur son extérieur plus l'écart est important, et on peut donc comparer la vitesse déduite de celle qui serait attendue avec les lois usuelles.

ps: pas uniquement au bord , mais aussi selon la distance au centre.

Oui, mais donc on n'a qu'une indication de vitesse et rien d'autre. Dans ces conditions, on ne peut pas savoir si les étoiles s'échappent ou non de la galaxie observée. Dés lors je ne vois pas comment on arrive à calculer la masse de matière noire si on n'en connaît pas son influence ???

[Mailou75]

Salut,

On doit donc prendre en compte "le délai", et dans ce cas, tant qu'à faire, on fait appel à la relativité.

On approxime qu’on peut se passer de relativité, qu’on est en champ faible. Je ne sais pas si c’est bien mais c’est ce qui est fait il me semble (sauf pour le trou noir central)

Donc soit il existe une masse cachée, soit la simulation est erronée.
Je penche pour la deuxième hypothèse.

Pareil. En même temps la «matiere noire» est une question par une solution.

..........

Et ça marche aussi à n'importe quelle échelle...

Force est de constater que non... une galaxie n’est pas l’equivalent gravitationnel d’une masse centrale, tout le problème est là non ?

..........

Dés lors je ne vois pas comment on arrive à calculer la masse de matière noire si on n'en connaît pas son influence ???

Voir réponse d’Ansset : le shift des bords est différent, on en deduit une vitesse de rotation pour un rayon donné, donc une masse centrale par Newton (on ne considere que la sphere en dessous de l'orbite pour chaque rayon, l’extérieur devenant une coque neutre). Cette masse est différente de l’observation et provisoirement, faute de mieux, on suppose une masse cachée.

[invitedbfcfb17]

Bonjour,

Excusez-moi de vous déranger, je sais que je ne devrais pas envoyer ce msg ici, mais je voudrais créer une nouvelle discussion. Pouvez-vous m'aider ?svp

Bon week-end

[pm42]

On approxime qu’on peut se passer de relativité, qu’on est en champ faible. Je ne sais pas si c’est bien mais c’est ce qui est fait il me semble (sauf pour le trou noir central)

Même pour le trou noir central sauf à très courte distance...

Force est de constater que non... une galaxie n’est pas l’equivalent gravitationnel d’une masse centrale, tout le problème est là non ?

Le problème n'est pas là.

Cette masse est différente de l’observation et provisoirement, faute de mieux, on suppose une masse cachée.

Simplification : on suppose une masse cachée ou d'autres solutions dont différentes modifications des lois de la gravitation, newtonnienne, relativistes... Et ça uniquement pour parler des 2 plus connues.

[Mailou75]

Excusez-moi de vous déranger, je sais que je ne devrais pas envoyer ce msg ici, mais je voudrais créer une nouvelle discussion. Pouvez-vous m'aider ?svp

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[invitedbfcfb17]

Je suis vraiment désolé de continuer de vos déranger mais vous dites à la racine vous voulez dire à l'acceuil ?

[Mailou75]

Même pour le trou noir central sauf à très courte distance...

Oui les quelques etoiles qu’on suit de près. Il y a tout de même une notion de centre qui l’accompagne, on ne capte pas des SgrA* dans toutes les directions

Le problème n'est pas là.

Alors où ?

Simplification : on suppose une masse cachée ou d'autres solutions dont différentes modifications des lois de la gravitation, newtonnienne, relativistes... Et ça uniquement pour parler des 2 plus connues.

Certes mais aucune n’est validée officiellement, pour l’instant la question «qu’est ce que le matiere noire» demeure. Apparemment aucune ne convainc totalement, sinon on connaitrait le prochain Nobel

Je ne dis pas qu’il n’y a aucune recherche, mais le problème c’est que le quidam pense que la matiere noire ça existe (a cause de son nom) alors qu’on aurait appelé ça «l’enigme des galaxies», les gens ne viendraient pas pour demander si c’est mou ou si c’est dangereux... c’est un problème d’inadéquation formule / observation rien d’autre. L’hypothèse des neutrinos/planètes/trous noirs ... pour expliquer une matière invisible est comme tu le soulignes une simple hypothès parmis d’autres.

[Mailou75]

Je suis vraiment désolé de continuer de vos déranger mais vous dites à la racine vous voulez dire à l'acceuil ?

https://forums.futura-sciences.com/a...astrophysique/
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[papy-alain]

Voir la réponse d’Ansset : le shift des bords est différent, on en deduit une vitesse de rotation pour un rayon donné, donc une masse centrale par Newton (on ne considere que la sphere en dessous de l'orbite pour chaque rayon, l’extérieur devenant une coque neutre). Cette masse est différente de l’observation et provisoirement, faute de mieux, on suppose une masse cachée.

Ben non, justement. Pour une vitesse donnée, on calcule la masse nécessaire pour maintenir les étoiles en orbite. Mais comme on ne sait pas si elles restent en orbite ou si, au contraire, elles sont en train de s'échapper, on ne peut pas connaître la masse totale.

[Mailou75]

Ben non, justement. Pour une vitesse donnée, on calcule la masse nécessaire pour maintenir les étoiles en orbite. Mais comme on ne sait pas si elles restent en orbite ou si, au contraire, elles sont en train de s'échapper, on ne peut pas connaître la masse totale.

Ah, dans ce cas voir réponse de Deedee : certaines etoiles vont tomber ou s’échapper mais ce sont des cas atypiques. On estime que la majorité reste en orbite stable.

Pour ma part j’aurais bien répondu qu’il y a globalement une tendance à l’effondrement même si c’est en un temps trèès long... ça semble être une tendance naturelle.

[papy-alain]

Ah, dans ce cas voir réponse de Deedee : certaines etoiles vont tomber ou s’échapper mais ce sont des cas atypiques. On estime que la majorité reste en orbite stable.

Justement, je crois plutôt qu'on n'en sait rien. Par contre, les observations dans l'infrarouge montrent qu'il y a plus d'étoiles isolées dans les vides spatiaux que dans les galaxies. Ça pose tout de même la question, non ? Parce que si elles se sont toutes formées dans les galaxies, ça en fait un fameux paquet qui se sont échappées.

[invite51d17075]

quelle observations précisément ( c'est pour ma culture personnelle )
ensuite j'ai du mal à comprendre cet "logique" de galaxies qui perdraient leurs étoiles périphériques pour deux raisons.
On devrait dans ce cas observer une sorte assez large de halo de plus en plus diffus à la périphérie, ce qui ne me semble pas être le cas.
Et secoundo, par quel mécanisme elle perdraient leur équilibre de trajectoire ( compensation vitesse/ attractivité gravitationnelle ) ?

[phys4]

Justement, je crois plutôt qu'on n'en sait rien. Par contre, les observations dans l'infrarouge montrent qu'il y a plus d'étoiles isolées dans les vides spatiaux que dans les galaxies. Ça pose tout de même la question, non ? Parce que si elles se sont toutes formées dans les galaxies, ça en fait un fameux paquet qui se sont échappées.

Je pense aussi que les interactions internes d'une galaxie ne justifient pas un grand nombre d'étoiles expulsées.
Il existe une autre cause très efficace : le passage à proximité de deux galaxies crée des filaments de part et d'autre par effet de marée. Ces filaments contiennent beaucoup d'étoiles qui seront éjectées des galaxies après le croisement.

[Gilgamesh]

Justement, je crois plutôt qu'on n'en sait rien. Par contre, les observations dans l'infrarouge montrent qu'il y a plus d'étoiles isolées dans les vides spatiaux que dans les galaxies. Ça pose tout de même la question, non ? Parce que si elles se sont toutes formées dans les galaxies, ça en fait un fameux paquet qui se sont échappées.

L'échappement d'étoile correspond à ce qu'on appelle une évaporation gravitationnelle, selon un raisonnement qui rappelle l'échappement thermique des atmosphères planétaires.

Un cours de F. Combes qui traite de ça :

Dynamique stellaire: orbites et résonances

aller à "Dynamique des amas globulaires"

[invite51d17075]

merci Gilgamesh pour ce lien fort riche:
mais , après une première lecture cela me semble concerner essentiellement les amas globulaires, non ?
donc pas vraiment dans l'idée proposée au départ.
un éclairage serait apprécié.
Cdt

[Gilgamesh]

merci Gilgamesh pour ce lien fort riche:
mais , après une première lecture cela me semble concerner essentiellement les amas globulaires, non ?
donc pas vraiment dans l'idée proposée au départ.
un éclairage serait apprécié.
Cdt

Le phénomène est accentué dans les amas globulaire du fait de leur faible masse et de leur densité stellaire (qui augmente la fréquence des interaction) mais le raisonnement est le même pour les galaxies. Elles perdent des étoiles soit par évaporation (l'étoile atteint la vitesse de libération suite à une interaction gravitationnelle) soit par effet de marée lors de l’interaction rapprochée avec une autre galaxie.

[Deedee81]

Salut,

Une chose qui me trottait dans la tête hier soir : je me disais que les calculs d'évaporation devaient être plus difficile dans le cas des galaxies spirales. En effet un amas globulaire est plutôt "chaotique" et doit pouvoir se traiter par physique statistique. Une galaxie spirale par contre a un mouvement ordonné facile à décrire par Newton. Mais dès qu'on mélange les deux, ou à la frontière des deux, c'est tout de suite plus compliqué (il faut sans doute des simulations de galaxie). Mais mon intuition peut me tromper et c'est peut-être moins difficile que je ne crois. Et de toute façon, ces bons vieux amas globulaires donnent une bonne idée et quand on regarde le bulbe galactique, il a une structure et une dynamique assez proche aussi d'un amas globulaire.