Mise à jour 22 Novembre 2022.
CONFÉRENCE MENSUELLE
DE LA SAF
DE PAOLA DI MATTEO
ASTRONOME GEPI OBS DE PARIS
GAIA ET NOTRE GALAXIE.
Organisée par la
SAF
En présence du
public et en vidéo (direct) sur canal YouTube SAF
Le Mercredi 9
Novembre 2022 à 19H00
Photos : JPM pour l'ambiance. (Les photos avec plus de résolution
peuvent m'être
demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir
les crédits des autres photos si nécessaire
La présentation est disponible sur
ma liaison ftp , mais comme elle est très copieuse je n’ai mis en ligne que
la version pdf (donc sans les animations, que j’ai inclus pour la plupart dans
le CR). Rentrer le mot de passe, puis CONFÉRENCES SAF ensuite SAISON 2022/2023 ;
elle s’appelle : GAIA-PdM-9nov2022.pdf
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me
contacter avant..
La vidéo de la réunion est accessible :
https://youtu.be/-ruCOIWjofY
Tous les autres enregistrements des conférences mensuelles sont
accessibles sur
la playlist des conférences mensuelles d’Astronomie de notre
chaine YouTube SAF.
En plus des spectateurs de l’amphi, nous étions
80 sur YouTube.
La présentation étant très claire et très détaillée, mon CR sera
succinct, je m’inspire aussi de CR antérieurs.
Paola Di Matteo est astronome à l’Observatoire de Paris au GEPI
(Galaxies, Étoiles, Physique et Instrumentation)
Après avoir fait ses études en Italie, à l’université de Rome, La
Sapienza, sur la dynamique des amas globulaires, sujet de sa thèse en 2005.
Elle rejoint ensuite l’Observatoire de Paris où elle travaille
sur les phénomènes de fusion de galaxies. Elle fait partie du Consortium GAIA.
Ses travaux actuels portent sur les mécanismes dynamiques de
redistribution des étoiles dans les disques de galaxies, comme la formation de
barres ou la migration radiale, qu’elle étudie notamment à l’aide de simulations
numériques.
L’étude de ces phénomènes a permis d’approfondir notre
compréhension de la formation et de l’évolution de la Voie Lactée dans une série
d’études publiées ces dernières années.
Résumé proposé par la conférencière : « La mission astrométrique
Gaia, lancée par l’Agence Spatiale Européenne fin 2013, est en train de
cartographier en 3D plus d’un milliard d’objets de notre Galaxie, avec une
précision inégalée.
Pour la première fois, nous avons accès aux mouvements de
plusieurs millions d’étoiles, bien au-delà du voisinage solaire, où nos
connaissances étaient confinées jusqu’à il y a quelques années seulement.
Je présenterai les nombreuses premières découvertes de la mission
Gaia, et en particulier la façon dont Gaia a permis de mesurer les mouvements
d’ensemble des étoiles dans le disque, de dessiner la structure des bras
spiraux, de mettre en évidence les traces fossiles de l’accrétion d’une galaxie
satellite dans le halo de la Voie Lactée, il y a plusieurs milliards d’années,
ou encore de révéler une multitude de courants stellaires, témoins de la
destruction des amas d’étoiles et galaxies satellites par notre Galaxie. »
INTRODUCTION : LA VOIE LACTÉE.
Quelques rappels sur la
Voie Lactée : galaxie spirale barrée, barre de 3,5kpc et orientée de 30°
par rapport à la direction de la Galaxie.
(1 kpc = 3200 al)
Diamètre approx 200.000 al
Le soleil se trouve à approx 25.000 al du centre.
4 bras spiraux. Au centre le bulbe et autour du disque un halo
stellaire et des amas globulaires (concentration très dense d’étoiles, la Voie
Lactée : 150 amas approx).
Le bulbe de la Voie lactée a une forme de “cacahouète” typique
d’une barre épaissie et formée par évolution séculaire, c-a-d sur des échelles
de temps de plusieurs milliards d’années
L’environnement de notre Galaxie : La Voie Lactée et Andromède
sont les plus massives du Groupe Local.
On sait aussi que les galaxies, dont la nôtre sont entourées d’un
halo de matière noire nécessaire à leur stabilité.
Crédits: NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)
Un des plus beaux clichés de GAIA : notre Galaxie !! 1,7 milliard
de sources observées !
Notre Galaxie en
couleur vue par Gaia (ESA)
Notre Galaxie est entourée de galaxies satellites comme les
petits et grands nuages de Magellan (SMC et LMC) que l’on voit en bas à droite
sur la vue précédente ; mais aussi de la galaxie naine du Sagittaire,
difficilement visible au centre inférieur au sud du bulbe.
La matière noire et la Galaxie.
Les
étoiles de notre galaxie (et des autres) tournent beaucoup trop vite qu’elles ne
le devraient si elles étaient seulement soumises à la masse des étoiles
visibles. (Fritz Zwicky et Vera Rubin).
En jaune et bleu la courbe de rotation observée et en blanc celle
théorique due aux seules étoiles visibles.
Cela semble indiquer qu’il existe une masse importante de matière
invisible entourant notre galaxie (un halo) qui génère ce phénomène.
On l’appelle matière noire. Elle est pour le moment de nature
inconnue.
Illustration :
Wikipedia Dom Public.
GAIA ET
LE GALAXIE EN 6 DIMENSIONS.
Le grand problème est de pouvoir reconstruire le mouvement des
étoiles étudiées par Gaia
|
|
|
|
|
Pour étudier plus avant le mouvement des étoiles dans
la Galaxie on a besoin de connaitre certains paramètres listés sur
la slide ci-contre. Comment accéder à ces informations : grâce à Gaia, la
mission astrométrique de l’ESA, qui vient de publier son
troisième catalogue d’étoiles. Ce catalogue contient la position et la luminosité de
1,692 milliards d’étoiles (chaque étoile a été mesurée plus de 200
fois !), ainsi que la parallaxe et le mouvement propre de 1,331
milliards d’étoiles. De même la couleur de plus de 1,3 milliards
d’étoiles et la vitesse radiale de 7,2 millions d’étoiles. Ces
données permettront l’élaboration d’une carte 3D de notre Galaxie. |
LE
TÉLESCOPE SPATIAL GAIA.
Lancement le 19 décembre 2013 par une fusée Soyuz. En poste au
point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil.
Mission étendue jusqu’en 2025.
Successeur d’Hipparcos et comme pour Hipparcos,
c'est l'astrométrie, cette méthode s'appuie sur le principe de l'observation
simultanée de 2 champs stellaires, dans 2 directions faisant entre elles un
angle fixé et très précisément connu : 106,5° c'est l'angle de base.
Comme un compas sert à repérer des distances, de proche en proche
les positions relatives des objets sont fixées les unes par rapport aux autres.
Gaia va scanner le ciel suivant un schéma prédéterminé, le
satellite tourne sur lui-même à la vitesse de 60 arcsecondes par seconde (6
heures pour une rotation complète donc) mais il est affecté d'un mouvement de
précession fixe de 45° par rapport au Soleil.
Ceci permet aux instruments qui sont dans les deux lignes de
visée (line of sight) d'effectuer des mesures de parallaxe,
la base de l'astrométrie.
Un document pdf en anglais est publié sur ce
principe de mesure et sur l'instrument lui-même.
Gaia possède donc deux télescopes (angle 0,7° par 0,7°) associés
à chaque direction de visée, les deux champs de vision sont combinés sur un plan
focal recouvert de CCD. Gaia mesure simultanément la séparation angulaire de
milliers d'étoiles présentes dans le champ. Le mouvement continu du satellite
permet ainsi une analyse complète du ciel.
L'opération se déroulant sur plusieurs années on établit ainsi un
catalogue astrométrique des étoiles étudiées.
La limite en magnitude de Gaia est la magnitude 20.
Seule une petite partie du ciel (approx 1%) est étudiée par Gaia,
mais c’est un progrès énorme par rapport aux données précédentes.
Trois catalogues ont été publiés jusqu’à présent.
Voir le CR de ce dernier catalogue
sur mon site.
LE
MOUVEMENT DES ETOILES DANS LE DISQUE GALACTIQUE.
Carte cinématique de la Galaxie.
Carte des vitesses radiales.
Slide tirée de la collaboration Gaia Katz
et al 2018.
Cette carte a des structures : des étoiles vont vers l’extérieur
(régions rouges) certaines vont vers l’intérieur (régions bleues).
Le Soleil (flèche) se trouve au milieu.
Comment expliquer ces divers mouvements : il semble bien que ce
soit la présence de la barre centrale, il y a des régions de tension et de
compression. Cela a été mis au jour à l’aide de simulations.
Il y a bien mouvement non axisymétrique des étoiles dans le
disque.
Beaucoup d’informations contenues dans ces cartes.
Le deuxième résultat caractéristique :
Il y a des mouvements verticaux, comme des oscillations produites
par le passage de la Galaxie satellite du Sagittaire au travers du disque.
Probablement dans un passé récent : 500Ma.
Cela a produit des trainées de marée (en couleur sur la slide).
Voir dans les références article sur l’écho….avec vidéo.
GAIA ET
LES COURANTS STELLAIRES.
Notre Galaxie comporte plus d’une centaine d’amas globulaires,
amas qui orbitent autour de la Galaxie.
Lors de ces orbites certaines étoiles des amas s’échappent et par
effet de marée sont attirées par le potentiel galactique. Mais il reste
prisonnier de l’orbite de leur amas respectif.
En étudiant ces courants stellaires (stellar streams en anglais),
on peut avoir des informations sur le
potentiel galactique.
Avant Gaia, nous connaissions seulement quelques-unes de ces
courants, comme par exemple celles de l’amas globulaire Palomar 5, un amas dans
le halo galactique. Grâce à Gaia, un grand nombre de nouveaux courants
stellaires a été découvert.
Le halo stellaire est rempli de ces structures !
L’analyse des données de Gaia dévoile l’existence d’une dizaine
de courants stellaires, issus de la désagrégation des amas globulaires proche de
notre Galaxie.
Ce pourrait être une découverte fondamentale pour contraindre la
distribution spatiale de
la matière noire. En effet ces courants décrivent des orbites, donc
potentiellement elles peuvent servir de sondes des potentiels gravitationnels
traversés.
GAIA ET
LE PASSÉ DE LA GALAXIE.
On pense que notre Galaxie a la forme actuelle due à des
collisions au moment de sa phase originelle il y aurait 10 milliards d’années.
Deux galaxies se seraient rencontrées : une naine Gaia Enceladus
et une autre beaucoup plus massive qui est devenue notre Voie Lactée actuelle.
Ce choc aurait contribué à créer de nouvelles étoiles et à former le halo
actuel.
CONCLUSION.
La mission GAIA apporte et continue à apporter un très grand
nombre d’informations sur notre propre Galaxie.
Ceci permet d’en étudier sa structure, sa cinématique, son
origine et sa future évolution.
Le mouvement des étoiles résulte non seulement de l’action de la
barre centrale te des bras spiraux, mais aussi des perturbations dues aux
rencontres passées avec d’autres galaxies.
Ces mouvements nous procurent des informations sur la
distribution de matière noire.
Enfin, la connaissance de mouvements actuels, et des âges et/ou
propriétés chimiques des étoiles, nous permettent aussi de faire de
l'archéologie galactique, c'est-à-dire de remonter au passé lointain de notre
Galaxie à partir de ses propriétés actuelles, et par exemple de dévoiler ainsi
la dernière accrétion massive subie par notre Galaxie
POUR ALLER PLUS LOIN :
La voie
lactée chez Wikipedia.
De Hipparcos à Gaia : CR de la conférence de C Turon à la SAF du 10 Avril
2008. (19/04/2008)
Structure et évolution de la Voie Lactée avec la mission spatiale Gaia par
A. Robin UTI NAM
The
echo of the bar buckling: Phase-space spirals in Gaia Data Release 2 par P
di Matteao et al
L’écho de la formation de la barre stellaire dans notre Galaxie capturé par Gaia
Les découvertes de Gaia chez Luxorion.
L’écho de la formation de la barre stellaire dans notre Galaxie capturé par Gaia
Gaia Data
Release 2 Mapping the Milky Way disc kinematics
Catastrophic tale of the most massive globular cluster of the Milky Way par
K Malhan.
Probing the nature of dark
matter particles with stellar streams
What mechanism causes oscillations of the solar system's orbit about the
galactic plane?
Interactions et fusions de galaxies : à la recherche du passé de la voie lactée par
P Di Matteo.
Voie lactée : Gaia confirme une collision géante il y a 10 milliards d'années
Site de la mission
Gaia à l’ESA.
Gaia sees strange stars in
most detailed Milky Way survey to date
Gaia : des découvertes majeures s’annoncent dont certaines remettront en cause
nos connaissances de Futura Sciences.
Publication du troisième catalogue Gaia par l’Obs de Paris
Les
articles publiés suite au troisième catalogue (en anglais).
Article complet en anglais avec vidéo.
Infographie de l’ESA sur le catalogue 3.
GAIA : le 3ème catalogue est paru dans les astronews.
Bon ciel à tous
Prochaine conférence
SAF. : le mercredi 14 Décembre (CNAM amphi Grégoire) 19 H
Brigitte ALIX, spécialiste astrolabes et vieux instruments astro « L'Astrolabe
et l'Astronomie, historique et réalisation ».
Réservation comme d’habitude ou
à la SAF directement. Résa > 10 Nov
La suivante : le 11 Janvier
Transmission en direct sur le canal YouTube de la SAF :
https://www.youtube.com/channel/UCD6H5ugytjb0FM9CGLUn0Xw/feautured
Rappel : samedi 10 Dec
15h au siège, réunion de la commission de cosmologie sur :
Trous noirs: de la
théorie à l'observation.
Par Benjamin Quinquand
astrophysicien post doc à Princeton USA d'où il interviendra en direct
Jean Pierre
Martin
Abonnez-vous aux astronews du site en envoyant votre e-mail.
