Bonjour !
J'ai vraiment un souci pour comprendre la dynamique à l'oeuvre dans une galaxie, un ouragan, n'importe quel tourbillon en fait... J'ai entendu parler d'une histoire vulgarisée, comme s'il s'agissait de bouchons sur la route mais je ne sais plus où j'ai entendu cela... Comment expliquer cette forme dans l'Univers ?
Merci d'avance pour vos explications
Je reposte ceci, qui ne s'applique qu'aux galaxies spirales (et pas aux ouragans).
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.
Parcours Etranges
Je pense qu'il va me falloir du temps et beaucoup de relecture pour essayer de comprendre ^^'
J'ai trouvé ça, tu penses que ça peut m'aider (si c'est en accord avec ce que tu dis) ? :
https://youtu.be/lMReQ6hVw5s
https://youtu.be/fFR_67Q70VE
https://youtu.be/6QPKIqDuIFQ entre 3:15 et 4:37
Je reviendrai sûrement avec d'autres questions ^^'
La première oui, c'est un début et tu verras que ça a un lien avec la théorie des ondes de densité.Envoyé par Floda200489
La seconde est sans intérêt.
La vidéo de Carl Sagan est... vénérable
Juste pour te donner une idée des progrès accomplis depuis, en terme de simulation numérique :
Simulation of galaxy formation
Cette simulation en plus d'être de toute beauté contient plein de physique stellaire et représente l'état de l'art mais aucun phénomène n'est explicité, donc in fine ça n'est pas très didactique. Ça permet quand même de se rendre compte de l'impressionnante dynamique des galaxies à travers les âges cosmiques. Notamment, on visualise le changement de destin des galaxies (on voit d'abord la formation d'une elliptique, puis d'une spirale) en fonction de l'apport de gaz frais. On voit également l'effet de rétroaction des supernovas dont les ondes de choc chassent le gaz à l'extérieur des galaxies.
Pour ce qui concerne la formation des bras, ce cours en ligne est très bien :
Classroom Aid - Density Wave Theory
Ça dure 5 minutes et ça te permettra de mieux visualiser les explications que je t'ai données.
C'est en anglais mais le sous-titrage en français est tout à fait correct et te permettra de suivre si l'anglais te rebute.
Dernière modification par Gilgamesh ; 15/07/2023 à 10h36.
Parcours Etranges
Okay donc j'ai tout de même quelques questions pour savoir si j'ai bien tout compris :
Déjà pour le short sur la rotation de la galaxie que tu trouves sans intérêt, est-ce qu'on peut dire que cela contredit tout le reste ? Cela ne tourne pas dans ce sens nous sommes d'accord ?
Ensuite, je pense avoir compris les fortes densités dans les bras, mais l'extrait de Cosmos semble impliquer que c'est l’interaction avec une autre galaxie qui engendre la formation de bras spiraux. Est-ce toujours le cas ? Ou alors il peut y avoir d'autres phénomènes ? La réponse est peut-être dans la seconde vidéo que tu m'as donné mais je ne suis pas tout à fait sûr de comprendre pourquoi une telle forme serait possible sans interaction avec une autre....
Et donc corrige-moi si je me trompe : les étoiles bleues se trouvent dans les bras spiraux du fait qu'elles ont une longévité plus courtes et n'ont pas le temps de sortir de cette zone de haute densité. Mais qu'est-ce qui empêche une étoile bleue de se former ailleurs ? Il n'y a pas assez de masse entre les bras ?
Et autre question liée : j'ai lu que les supernovas n'étaient surtout visibles que dans les bras spiraux, il y a un lien avec ma question précédente ?
Oui la Voie Lactée a des bras qui trainent en arrière (trailing arms) comme c'est le cas dans la plupart des cas. Il existe des cas, plus rares, où les bras pointent vers l'avant, dans la direction de la rotation (leading arms). Et on peut même avoir un mélange des deux comme la galaxie NGC 4622 qui a deux bras extérieurs vers l'avant (leading) et des bras intérieurs vers l'arrière (trailing).
La présence d'une galaxie compagnon peut être invoquée, oui, pour exciter la formation des ondes de densité, mais ce n'est pas le cas général. Il faut mentionner qu'il n'existe pas d'explication globale (qui reproduise tout le phénomène de A à Z) et unique (qui concerne tous les cas) de la formation des bras galactiques. La théorie des ondes de densité n'explique en fait que ce qu'on appelle le "grand design" à savoir les galaxies avec des bras spiraux proéminents et bien définis, par opposition aux spirales à plusieurs bras et floculantes pour lesquelles on pense que le mode de formation s'explique plus basiquement pas la rotation différentielle. Voir sur ce cours le chapitre 11.6 The Formation of Spiral Arms - (b) Arm Fragments (page 532).Ensuite, je pense avoir compris les fortes densités dans les bras, mais l'extrait de Cosmos semble impliquer que c'est l’interaction avec une autre galaxie qui engendre la formation de bras spiraux. Est-ce toujours le cas ? Ou alors il peut y avoir d'autres phénomènes ? La réponse est peut-être dans la seconde vidéo que tu m'as donné mais je ne suis pas tout à fait sûr de comprendre pourquoi une telle forme serait possible sans interaction avec une autre....
Les étoiles se forment en essaims et par flambées dans de grands nuages moléculaires. Pour initier la formation stellaire au sein d'un nuage, il faut que la force de gravité l'emporte sur la pression interne, et une façon de le faire est de le comprimer, ce qui advient quand le nuage atteint une zone de surdensité.Et donc corrige-moi si je me trompe : les étoiles bleues se trouvent dans les bras spiraux du fait qu'elles ont une longévité plus courtes et n'ont pas le temps de sortir de cette zone de haute densité. Mais qu'est-ce qui empêche une étoile bleue de se former ailleurs ? Il n'y a pas assez de masse entre les bras ?
Tout à fait, c'est un des indices forts de ce qui précède, avec l'indice de couleur des bras.Et autre question liée : j'ai lu que les supernovas n'étaient surtout visibles que dans les bras spiraux, il y a un lien avec ma question précédente ?
Dernière modification par Gilgamesh ; 15/07/2023 à 12h25.
Parcours Etranges
Super, merci beaucoup ! Je ne suis pas encore parfaitement à l'aise avec tout ces concepts, donc je posterai sans doute de nouvelles questions pour voir si j'ai bien tout compris ^^'
