Vitesse de rotation de la galaxie

[Yvan_Delaserge]

Bonjour.

Notre galaxie fait un tour complet sur elle-même en 225 millions d'années.
Si l'on admet que 12 milliards d'années nous séparent du big bang, notre galaxie n'aurait alors effectué qu'une cinquantaine de tours? C'est très peu en comparaison par exemple du nombre de tours qu'on decrit les planètes autour du Soleil depuis le big bang.

Que peut-on en deduire sur la future évolution de la galaxie, en particulier si l'on considère que théoriquement, tout groupe de plus de trois corps stellaires est instable du point de vue des trajectoires?
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[yves95210]

Bonjour,

Vis-à-vis d'une étoile donnée, par exemple le Soleil, l'influence gravitationnelle globale de la galaxie est beaucoup plus importante que celle des étoiles proches. Tu peux faire le calcul des accélérations gravitationnelles (newtoniennes) pour t'en convaincre.

A part dans le cas particulier des étoiles binaires (ou multiples), orbitant autour de leur centre de gravité commun, mais dans ce cas c'est ce système de deux étoiles qu'on peut considérer comme un objet unique du point de vue de sa trajectoire autour de la galaxie.
De même pour un système stellaire constitué d'un certain nombre de planètes orbitant bien sagement autour de leur étoile.

Donc les éventuelles instabilités des trajectoires des étoiles dues à leurs interactions gravitationnelles avec les objets proches ne constituent que de petites perturbations autour de leur trajectoire théorique, orbite autour du centre de la galaxie.

[Yvan_Delaserge]

Ok, donc pas de risque que notre système solaire soit éjecté dans un futur proche(!)☺ Ouf!
Toutefois, au cours de ces "cinquante premiers tours" , peut-on se faire une idée de quelle a été l'évolution de la forme de la Voie Lactee? Elle n'a pas toujours eu la forme que l'on lui connaît actuellement, non?

[yves95210]

Ok, donc pas de risque que notre système solaire soit éjecté dans un futur proche(!)☺ Ouf!
Toutefois, au cours de ces "cinquante premiers tours" , peut-on se faire une idée de quelle a été l'évolution de la forme de la Voie Lactee? Elle n'a pas toujours eu la forme que l'on lui connaît actuellement, non?

Elle a probablement très tôt eu la forme d'un disque (du moins la matière baryonique qui la compose), dès l'époque de sa formation par effondrement d'un nuage de gaz (cf. https://fr.wikipedia.org/wiki/Format...axies_à_disque). Parmi les plus anciennes galaxies observées, âgées de plus de 10 milliards d'années, on trouve déjà des galaxies spirales (majoritairement ?). Voir par exemple http://www.astronoo.com/fr/articles/...-vieilles.html.

A part ça, il est faux de dire que notre galaxie a fait 50 tours sur elle-même depuis sa naissance. Ces 50 tours sont ceux qu'ont fait les étoiles situées à une distance au centre de la galaxie similaire à celle du Soleil. Mais les étoiles proches du centre ne mettent que quelques millions d'années à faire un tour complet, et en ont donc fait un nombre beaucoup plus important. Une galaxie ne se comporte pas comme un corps solide !

[A voir en vidéo sur Futura]

[yves95210]

Parmi les plus anciennes galaxies observées, âgées de plus de 10 milliards d'années, on trouve déjà des galaxies spirales (majoritairement ?).

Je me suis mal exprimé et c'est même un contresens. Je voulais parler des galaxies les plus jeunes et non les plus anciennes : les galaxies se sont toutes formées dans les premiers milliards d'années de l'univers et elles sont toutes "vieilles" aujourd'hui. Mais compte-tenu du temps de parcours de la lumière, l'image qu'on reçoit des galaxies les plus lointaines correspond à leur état à une époque où elles n'étaient encore âgées que de quelques centaines de millions d'années.

[Yvan_Delaserge]

Une galaxie ne se comporte pas comme un corps solide !

Oui, bien sûr! Un peu comme un cyclone...

Merci pour ces précisions.

Bonne soirée.

[Yvan_Delaserge]

Bonjour,
Je deterre ce sujet parce que j'en ai reparle avec un ami hier soir.

On a dit ci-dessus que les etoiles plus proches du centre de la galaxie tournent plus vite que celles de la peripherie.
Il en va de meme a l'interieur de notre systeme solaire: l'annee de Mercure est bien plus courte que celle de Neptune.
On a vu aussi que le Soleil, qui se trouve a mi-chemin entre le centre et la peripherie de la Voie Lactee, a effectue une cinquantaine de tours en 13 milliards d'annees.

Par consequent, est-il juste d'affirmer que:

1) Les etoiles les plus peripheriques de la Voie Lactee ont effectue bien moins d'un tour en 13 mrd d'annees? En fait, elles n'auraient pratiquement pas bouge?

2) Lors de la creation de la Voie Lactee, les bras de la galaxie etaient rectilignes et c'est la rotation plus rapide des etoiles proches du centre qui a produit la courbure des bras de la galaxie?

[Lansberg]

Bonjour,

Bonjour,
Je deterre ce sujet parce que j'en ai reparle avec un ami hier soir.

On a dit ci-dessus que les etoiles plus proches du centre de la galaxie tournent plus vite que celles de la peripherie.

Il suffit de voir la courbe de rotation de la galaxie pour se rendre compte qu'elle tourne comme un disque plein jusqu'à une distance de l'ordre de 6kpc du centre (environ 20000 al). Dit d'une autre manière la vitesse des étoiles augmente avec le rayon. Au-delà, la vitesse diminue avec le rayon comme pour le mouvement Képlérien d'une planète autour d'une étoile. Cependant la vitesse ne décroit pas jusqu'à zéro d'où l'hypothèse de l'existence de la matière noire.

Il en va de meme a l'interieur de notre systeme solaire: l'annee de Mercure est bien plus courte que celle de Neptune.
On a vu aussi que le Soleil, qui se trouve a mi-chemin entre le centre et la peripherie de la Voie Lactee, a effectue une cinquantaine de tours en 13 milliards d'annees.

Le soleil n'a que 5 milliards d'années d'existence. Il lui faut environ 230-250 millions d'années pour faire un tour ce qui représente à peu près 20 tours depuis sa naissance.

1) Les etoiles les plus peripheriques de la Voie Lactee ont effectue bien moins d'un tour en 13 mrd d'annees? En fait, elles n'auraient pratiquement pas bouge?

Les étoiles en périphérie ont une vitesse qui n'est pas négligeable (peut-être de l'ordre de 170 km/s... pour 220km/s pour le Soleil).

2) Lors de la creation de la Voie Lactee, les bras de la galaxie etaient rectilignes et c'est la rotation plus rapide des etoiles proches du centre qui a produit la courbure des bras de la galaxie?

Il me semble avoir lu que la galaxie était plutôt sphérique. Les différences de vitesse expliquent effectivement la formation des bras.

[yves95210]

EDIT : désolé pour le croisement avec Lansberg, mais nos messages sont complémentaires.

Par consequent, est-il juste d'affirmer que:

1) Les etoiles les plus peripheriques de la Voie Lactee ont effectue bien moins d'un tour en 13 mrd d'annees? En fait, elles n'auraient pratiquement pas bouge?

Non, c'est faux. La vitesse (linéaire) de rotation étant à peu près constante au-delà d'un rayon de 30000 années-lumière, les étoiles de la Voie-Lactée les plus lointaines de son centre (disons au max à 50000 a-l.) effectuent un tour en environ deux fois plus de temps que le Soleil. Elles ont donc eu le temps d'en effectuer quelques dizaines depuis la formation de la galaxie - moins, évidemment, si elles se sont formées plus récemment, comme le Soleil (précision apportée suite au message de Lansberg...)

2) Lors de la creation de la Voie Lactee, les bras de la galaxie etaient rectilignes et c'est la rotation plus rapide des etoiles proches du centre qui a produit la courbure des bras de la galaxie?

C'est bien plus compliqué que ça, et ton explication a été rejetée depuis longtemps. Voir par exemple cette page (dont est extraite la citation ci-dessous), ou ce court article de Pour la Science.

L’origine de la structure spirale de certaines galaxies reste encore de nos jours un sujet d’étude. La première tentative d’explication consistait à dire que la forme spirale était due à la rotation différentielle de la galaxie. Ainsi, les parties internes tournaient plus vite que les parties externes et la structure spirale apparaissait tout naturellement avec le temps. Malheureusement pour cette explication, les bras auraient fini par s’enrouler sur eux-mêmes tout en s’étirant. Ils auraient rempli toute la galaxie en un temps de l’ordre du milliard d’années, ce qui est incompatible avec les observations.

[yves95210]

Il me semble avoir lu que la galaxie était plutôt sphérique.

Son supposé halo de matière noire, oui. Mais pas la distribution de matière baryonique, qui se rapproche d'un disque plus ou moins épais.

[Lansberg]

Son supposé halo de matière noire, oui. Mais pas la distribution de matière baryonique, qui se rapproche d'un disque plus ou moins épais.

Ça, c'est après. Je faisais allusion au tout début, pendant les deux ou trois premiers milliards d'années avant la formation du disque galactique.

[yves95210]

Ça, c'est après. Je faisais allusion au tout début, pendant les deux ou trois premiers milliards d'années avant la formation du disque galactique.

D'accord : j'aurais dû lire la phrase à laquelle tu répondais...

Mais il va peut-être falloir revoir les modèles conduisant à cette estimation de deux ou trois milliards d'années : les astronomes ont observé récemment par effet de lentille gravitationnelle une galaxie présentant la forme d'un disque en rotation (avec un bulbe), alors que l'âge de l'univers n'était que de 1,4 milliards d'années. En revanche elle semble (encore ?) dépourvue de bras spiraux.

J'ai trouvé un lien vers la publication, mais elle est derrière un paywall et n'a apparemment pas été pré-publiée sur arxiv. Voici quand-même un extrait de son abstract :

Here we report the presence of a dynamically cold, but highly star-forming, rotating disk in a galaxy at redshift z = 4.2, when the Universe was just 1.4 billion years old. Galaxy SPT–S J041839–4751.9 is strongly gravitationally lensed by a foreground galaxy at z = 0.263, and it is a typical dusty starburst, with global star-forming and dust properties that are in agreement with current numerical simulations and observations. Interferometric imaging at a spatial resolution of about 60 parsecs reveals a ratio of rotational to random motions of 9.7 ± 0.4, which is at least four times larger than that expected from any galaxy evolution model at this epoch but similar to the ratios of spiral galaxies in the local Universe. We derive a rotation curve with the typical shape of nearby massive spiral galaxies, which demonstrates that at least some young galaxies are dynamically akin to those observed in the local Universe

[Lansberg]

C'est un sujet difficile. On trouve toujours des exceptions aux exceptions. Finalement il y a sûrement un scénario par galaxie spirale à partir de la sphère initiale de gaz et de matière noire en effondrement.

[Yvan_Delaserge]

Ok, merci pour les reponses. C'est fascinant.