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Poussières entre bras galaxies spirales



  1. #1
    curiossss

    Poussières entre bras galaxies spirales


    ------

    Bonjour,

    J'ai lu que les poussières galactiques se concentraient au niveau des bras galactiques (vous confirmez ?).

    Mais que la concentration des étoiles (si on ne compte pas les plus jeunes) est grosso-modo uniformément répartie sur tout le disque.

    Ceci me parait contradictoire : pourquoi étoiles et poussières (et gaz) se comporteraient différemment vis-à-vis de la gravité ?

    Merci

    -----

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  3. #2
    f6bes

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Bjr à toi ,
    pour moi je verrais la concentration des étoiles d'une autre façon.
    Les bras des galaxies sont "plus lumineux" que l'ensemble de la galaxie.
    Donc cela suppose qu'il y a PLUS d'étoiles ( luminosité ), dans les bras.

    Bonne journée

  4. #3
    curiossss

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Bonjour,

    Les bras sont plus lumineux car ils sont une pépinière d'étoiles.

    Les bras sont aussi d'une plus forte concentration de matière, étoiles et gaz confondus, comme les bouchons en accordéon sur autoroute sont des concentrations de véhicules.

    Ce qui me trouble c'est de lire que les poussières et gaz sont surtout sur les bras. Je pense que c'est une coquille ou mal formulé.

  5. #4
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par curiossss Voir le message
    Bonjour,

    J'ai lu que les poussières galactiques se concentraient au niveau des bras galactiques (vous confirmez ?).

    Mais que la concentration des étoiles (si on ne compte pas les plus jeunes) est grosso-modo uniformément répartie sur tout le disque.

    Ceci me parait contradictoire : pourquoi étoiles et poussières (et gaz) se comporteraient différemment vis-à-vis de la gravité ?

    Merci
    Que ce soit le gaz, les poussières ou les étoiles, on a un profil de distribution exponentiel de part et d'autre du plan galactique, avec comme paramètre une hauteur caractéristique β.

    D(z) = D0 e−|z|/β

    edit : ça ne fait pas disparaître la question, ceci dit.

    source : Components of the Milky Way Galaxy
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    Dernière modification par Gilgamesh ; 15/05/2019 à 22h27.
    Parcours Etranges

  6. #5
    curiossss

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Bonsoir,

    Vu que je n'ai pas reçu une réponse dans les 5mn disant que bien sûr poussières et étoiles ont la même distribution (au détail près que lorsqu'une nouvelle étoile se forme il y a ponctuellement plus d'étoiles et moins de poussières), alors je crains qu'effectivement gaz et poussières se positionnent sagement sur les bras et ont (?) donc une vitesse de rotation différente autour du coeur de la galaxie.

    Et ça, si c'est vrai, j'aimerais en connaitre la cause.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par curiossss Voir le message
    Bonsoir,

    Vu que je n'ai pas reçu une réponse dans les 5mn disant que bien sûr poussières et étoiles ont la même distribution (au détail près que lorsqu'une nouvelle étoile se forme il y a ponctuellement plus d'étoiles et moins de poussières), alors je crains qu'effectivement gaz et poussières se positionnent sagement sur les bras et ont (?) donc une vitesse de rotation différente autour du coeur de la galaxie.

    Et ça, si c'est vrai, j'aimerais en connaitre la cause.
    Ce serait pas mal que tu fasse au moins mine de répondre à la réponse apportée ; ceci dit, je vois bien que ça ne correspondait pas à ta question, qui est plus simple, si je re-comprends bien.

    Je reposte ça :

    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 ; 16/05/2019 à 01h18.
    Parcours Etranges

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  10. #7
    curiossss

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Merci Gilgamesh,

    Tu fais référence à une question posée que je ne vois pas. Du texte a dû se perdre...

    Je connais le contenu du texte que tu as posté.

    Pour ce qui est de ma question "est-ce que la concentration de gaz dans les bras est plus élevée que celle des étoiles (vis-à-vis du reste de la galaxie) j'aurais plutôt dû demandé si c'est vrai qu'on a constaté, observé, une plus forte concentration de poussières dans les bras.

    Réflexion faite j'entrevois un début d'explication.
    Les trajectoires des étoiles et poussières ne sont pas parfaitement circulaires ce qui implique une interférence entre les couches concentriques. On peut alors observer le même phénomène que lors des chocs de galaxies : les étoiles suivent leur chemin, les gaz interfèrent et échangent leurs vitesses cinétiques. Dès lors il doit aussi se produire des 'embouteillages'.
    Les gaz devraient aussi migrer progressivement du centre de la galaxie vers une zone médiane, et inversement les gaz des bords migrer vers des orbites plus internes...

    Ps : par extension une question me vient : les galaxies aspirent préférentiellement les gaz des amas globulaires orbitant autour ?

  11. #8
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par curiossss Voir le message
    Merci Gilgamesh,

    Tu fais référence à une question posée que je ne vois pas. Du texte a dû se perdre...

    Je connais le contenu du texte que tu as posté.

    Pour ce qui est de ma question "est-ce que la concentration de gaz dans les bras est plus élevée que celle des étoiles (vis-à-vis du reste de la galaxie) j'aurais plutôt dû demandé si c'est vrai qu'on a constaté, observé, une plus forte concentration de poussières dans les bras.
    Oui, la poussière associées aux région de formations stellaires, dans les bras.

    Ci dessous Andromède en infrarouge lointain (là où rayonnent les poussières). Les poussières sont ensuite détruites par le rayonnement UV des étoiles chaudes.
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  12. #9
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    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. ...
    Pour qu'il y ait onde il faut fluctuation de quelque chose. Qu'est ce qui initie l'onde de densité des bras spiraux? Pour une onde remontant un flux routier il faut qu'un véhicule ralentisse au départ.
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  13. #10
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Pour qu'il y ait onde il faut fluctuation de quelque chose. Qu'est ce qui initie l'onde de densité des bras spiraux? Pour une onde remontant un flux routier il faut qu'un véhicule ralentisse au départ.
    On peut l'expliquer assez facilement en modélisant les orbites galactiques comme indiqués ci dessous. Je ne sais plus pourquoi on a ce décalage de l'argument du périastre mais tu vois que ça produit des zones de surdensité.
    Images attachées Images attachées
    Parcours Etranges

  14. #11
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    On peut l'expliquer assez facilement en modélisant les orbites galactiques comme indiqués ci dessous. Je ne sais plus pourquoi on a ce décalage de l'argument du périastre mais tu vois que ça produit des zones de surdensité.
    Oui mais là cela semble décrire une situation où les étoiles proches du centre seraient plus rapides que les extérieures, sinon pourquoi les apsides se décaleraient?
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  15. #12
    Mailou75

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    On peut l'expliquer assez facilement en modélisant les orbites galactiques comme indiqués ci dessous. Je ne sais plus pourquoi on a ce décalage de l'argument du périastre mais tu vois que ça produit des zones de surdensité.
    Salut,

    Tu en avais link un du même genre une fois, en plus précis, mais j’osais pas demander... La vraie question c’est pourquoi les orbites sont elliptiques et pourquoi il n’y a pas de periastre (l’ellispe est centrée et devrait eltre ronde...).

    Merci
    Trollus vulgaris

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  17. #13
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Oui mais là cela semble décrire une situation où les étoiles proches du centre seraient plus rapides que les extérieures, sinon pourquoi les apsides se décaleraient?
    Le mouvement est képlérien sur une bonne part du rayon, la rotation est plus rapide au centre.

    Citation Envoyé par Mailou75 Voir le message
    Salut,

    Tu en avais link un du même genre une fois, en plus précis, mais j’osais pas demander... La vraie question c’est pourquoi les orbites sont elliptiques et pourquoi il n’y a pas de periastre (l’ellispe est centrée et devrait eltre ronde...).

    Merci
    Nan j'ai pas grand chose sous la main

    Le mouvement elliptique est la règle, il faut un processus dissipatif pour circulariser. En fait c'est déjà pas mal symétrique mais vu les irrégularité du champ de gravité galactique, j'imagine que pour composer l'orbite il fait additionner un grand nombre d'harmoniques.

    Il va falloir attendre encore un petit peu, mais là il arrive une brutale avalanche de données de la part de la mission Gaïa qui va complètement révolutionner cette discipline.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 19/05/2019 à 19h21.
    Parcours Etranges

  18. #14
    Mailou75

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Merci,

    Pas tout compris (dissipatif ?) mais j’ai pas le niveau pour ça...

    Tiens nous au courant pour Gaia
    Trollus vulgaris

  19. #15
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Mailou75 Voir le message
    Merci,

    Pas tout compris (dissipatif ?) mais j’ai pas le niveau pour ça...

    Tiens nous au courant pour Gaia
    Un truc est dissipatif quand il n'est pas bien isolé, c'est à dire qu'il est couplé avec autre chose qui lui prend ou lui donne de l'énergie. L'astre échange régulièrement de l'énergie orbitale avec un autre astre ce qui l'accélère quand il ralentit et qui le ralentit quand il accélère, au final la vitesse orbitale devient constante sur tout l'orbite.
    Typiquement dans un système planétaire une orbite est bien circularisée en cas de tidal locking ou plus généralement une résonance orbitale.

    L'orbite galactique est extrêmement longue (220 Ma) et l'étoile ne retrouve jamais la même configuration d'un passage a un autre, donc c'est pas comparable avec ce qu'on trouve dans un système planétaire il n'y a pas d'échange résonant (enfin pas à ma connaissance). Par contre l'étoile croise constamment d'autres étoiles : si elle va plus vite que sa voisine, celle ci va la freiner et inversement, et cette foultitude d'interactions non résonantes va quand même produire un effet statistique : l'étoile se meut à peu près à la même vitesse que ses voisines et les orbites sont globalement circulaires.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 22/05/2019 à 11h22.
    Parcours Etranges

  20. #16
    papy-alain

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Par contre l'étoile croise constamment d'autres étoiles : si elle va plus vite que sa voisine, celle ci va la freiner et inversement, et cette foultitude d'interactions non résonantes va quand même produire un effet statistique : l'étoile se meut a peut près à la même vitesse que ses voisines et les orbites sont globalement circulaires.
    Surprenant. Si je représente le Soleil par une tête d'épingle d'un millimètre, Proxima Centauri se trouve à 26 km. L'influence gravitationnelle est infinitésimale, non ?
    Et l'influence de la matière noire, dans tout ça ?
    Dernière modification par papy-alain ; 20/05/2019 à 12h04.
    Les météorites ne peuvent exister car il n'y a pas de pierres dans le ciel. Lavoisier.

  21. #17
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Le mouvement est képlérien sur une bonne part du rayon, la rotation est plus rapide au centre.
    Selon les courbes de rotation des galaxies, c'est environ sur les 20% du rayon les plus proches du centre que le mouvement est képlérien. Est-ce suffisant pour expliquer des bras spiraux aussi bien tracés que sur ton schéma?
    D'autre part qu'en est-il des galaxies sans bras spiraux? Les vitesses de leurs étoiles peuvent-elles expliquer cette absence?
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  22. #18
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par papy-alain Voir le message
    Surprenant. Si je représente le Soleil par une tête d'épingle d'un millimètre, Proxima Centauri se trouve à 26 km. L'influence gravitationnelle est infinitésimale, non ?
    Et l'influence de la matière noire, dans tout ça ?
    On peut aussi invoquer la matière noire, et milieu interstellaire également, mais rien que le freinage dynamique des étoiles ça peut suffire à àmha. Si le Soleil a en moyenne dans son voisinage une masse solaire à une années lumière, l'accélération cumulée sur une orbite (220 Ma) représente 10 km/s.
    Parcours Etranges

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  24. #19
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Selon les courbes de rotation des galaxies, c'est environ sur les 20% du rayon les plus proches du centre que le mouvement est képlérien. Est-ce suffisant pour expliquer des bras spiraux aussi bien tracés que sur ton schéma?
    Je n'en sais pas plus. Comme précisé, c'est un domaine encore assez mal connu (ou simplement peu vulgarisé ^_^)

    D'autre part qu'en est-il des galaxies sans bras spiraux? Les vitesses de leurs étoiles peuvent-elles expliquer cette absence?
    La formation des bras spiraux implique la présence de gaz, et d'une natalité stellaire encore vivace.

    Sinon on a une galaxies elliptiques, à la natalité éteinte et avec des orbites inclinée dans toutes les directions. Mais on ne sait pas au juste dire précisément qu'est ce qui est la cause de quoi. On peut supposer qu'une protogalaxie avec un faible moment de rotation initial s'effondre plus rapidement, attend des densités élevées très tôt, et consomme rapidement sont gaz pour former toutes ses étoiles d'un coup => galaxie elliptique. Tandis qu'une protogalaxie a fort moment se contracterait plus lentement en formant un disque, et formerait ses étoiles d'étoiles se déroulera plus lentement, préservant du gaz frais jusqu'à aujourd'hui.

    Mon impression générale sur tout ces sujets est que l'histoire galactique est beaucoup moins bien contrainte que l'astrophysique stellaire.
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    Dernière modification par Gilgamesh ; 22/05/2019 à 14h46.
    Parcours Etranges

  25. #20
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Merci pour ces explications, en attendant Gaïa...

    Une dernière question: si, à l'instar d'un embouteillage routier, les spirales sont créées par une perturbation, cet aspect doit finir par s'estomper sauf si la perturbation perdure. Constate t'on une corrélation entre l'éloignement (la jeunesse) d'une galaxie et son aspect spiralé?
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  26. #21
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Merci pour ces explications, en attendant Gaïa...

    Une dernière question: si, à l'instar d'un embouteillage routier, les spirales sont créées par une perturbation, cet aspect doit finir par s'estomper sauf si la perturbation perdure. Constate t'on une corrélation entre l'éloignement (la jeunesse) d'une galaxie et son aspect spiralé?
    L'explication de l'embouteillage ça permet justement de rendre compte du fait que la perturbation est auto-entretenue. Sur une autoroute avec un flux critique constant (un flux au sein duquel la moindre fluctuation de densité est capable de figer le flux), il va se former un embouteillage et celui ci ne disparaîtra jamais.
    Parcours Etranges

  27. #22
    Fustigator

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Bonjour

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Que ce soit le gaz, les poussières ou les étoiles, on a un profil de distribution exponentiel de part et d'autre du plan galactique, avec comme paramètre une hauteur caractéristique β.
    Question idiote : dans le tableau, pourquoi le nombre d'étoiles à une valeur de hauteur donnée est exprimé en parsec² et pas cube ? C'est une densité dans la "tranche" verticale ?

  28. #23
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    L'explication de l'embouteillage ça permet justement de rendre compte du fait que la perturbation est auto-entretenue. Sur une autoroute avec un flux critique constant (un flux au sein duquel la moindre fluctuation de densité est capable de figer le flux), il va se former un embouteillage et celui ci ne disparaîtra jamais.
    Sachant que la matière formant les galaxies n'est pas vraiment un fluide parfait, si on n'explique cette formation spiralée que par les ondes de densité on aboutit pourtant à une dissipation au bout d'un certain temps. C'est ce qui est dit par exemple ici: "Cette théorie explique l’existence de bras spiraux, mais elle présente deux difficultés. D’abord, elle n’explique pas le phénomène qui donne naissance aux ondes de densité. Ensuite, elle n’explique pas comment les ondes de densité sont entretenues alors qu’elles devraient avoir tendance à se dissiper au bout de quelques millions d’années.".
    L'auteur propose une autre possibilité par l'auto-propagation de la formation d'étoiles, et conclut par la possibilité d'un panachage des mécanismes.

    N'est-il pas envisageable que la pression négative des vides inter-galactiques (énergie noire) provoque une sorte de relatif "confinement" des galaxies qui serait propre à entretenir cette forme spiralée?
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  29. #24
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Fustigator Voir le message
    Bonjour


    Question idiote : dans le tableau, pourquoi le nombre d'étoiles à une valeur de hauteur donnée est exprimé en parsec² et pas cube ? C'est une densité dans la "tranche" verticale ?
    Oui, c'est une densité surfacique, ça représente le total dans une colonne perpendiculaire au plan du disque galactique.
    Dernière modification par Gilgamesh ; 22/05/2019 à 14h47.
    Parcours Etranges

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  31. #25
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Sachant que la matière formant les galaxies n'est pas vraiment un fluide parfait, si on n'explique cette formation spiralée que par les ondes de densité on aboutit pourtant à une dissipation au bout d'un certain temps. C'est ce qui est dit par exemple ici: "Cette théorie explique l’existence de bras spiraux, mais elle présente deux difficultés. D’abord, elle n’explique pas le phénomène qui donne naissance aux ondes de densité. Ensuite, elle n’explique pas comment les ondes de densité sont entretenues alors qu’elles devraient avoir tendance à se dissiper au bout de quelques millions d’années.".
    L'auteur propose une autre possibilité par l'auto-propagation de la formation d'étoiles, et conclut par la possibilité d'un panachage des mécanismes.
    Oui, rien a dire c'est trop technique pour moi.

    N'est-il pas envisageable que la pression négative des vides inter-galactiques (énergie noire) provoque une sorte de relatif "confinement" des galaxies qui serait propre à entretenir cette forme spiralée?
    Il n'y a aucune pression différentielle due au vide. L'énergie noire, par construction exerce la même pression (tension, plutôt) partout.
    Parcours Etranges

  32. #26
    pascelus

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par Gilgamesh Voir le message
    Il n'y a aucune pression différentielle due au vide. L'énergie noire, par construction exerce la même pression (tension, plutôt) partout.
    Oui certes mais plus il y a de vide plus il y a de tension négative? Enfin, on s'écarte trop du sujet je pense, merci à toi.
    "L'imagination est plus importante que le savoir." A.E.

  33. #27
    Gilgamesh

    Re : Poussières entre bras galaxies spirales

    Citation Envoyé par pascelus Voir le message
    Oui certes mais plus il y a de vide plus il y a de tension négative?
    Il n'y a pas "plus de vide" autours. La tension du vide est uniforme qu'il y ait des particule réelle ou pas dans ce vide.
    Parcours Etranges

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