spectro Rotation d'une galaxie, M66 au Pic du Midi

[apricot]

Bonjour !

 

Avec les copains du club et Gérard33 l'autre hiver on a joué avec un spectro Alpy sur le T60 au Pic du Midi.

 

 

Nous avons pris quelques spectres de la galaxie M66 :

 

 

La planche ci dessus montre à gauche la galaxie, au milieu l'image de la caméra de guidage avec la fente du miroir orientée le long de l'axe Nord-Sud de la galaxie, et à droite le spectre vu par le spectro qui ne voit que la lumière qui passe par la fente.

 

Le spectre du noyau galactique présente de nombreuses raies en absorption et une raie en émission. On voit aussi des raies en émission dans la zone de la fente correspondant aux bras spiraux au Nord et au Sud.

 

Voici le spectre traité du noyau de la galaxie :

 

 

Le spectre intégré des étoiles du noyaux de M66 est typique, avec sa cassure à 4000 A, et sa similitude à celui d’une étoile (tiède, jaune-orange) de type G ou K, avec de nombreuses raies en absorption.

 

On reconnaît parmi les raies les plus évidentes le doublet H et K du calcium (3969 et 3934 A au repos), la bande G (4304 A), le triplet (non résolu) du magnésium (MgI, 5184, 5173 et 5167 A au repos), le doublet (non résolu) du sodium (NaI, 5896 et 5890 A au repos). Pour ceux qui veulent bouquiner sur le sujet : http://star-www.st-and.ac.uk/~spd3/Teaching/PHYS1002/phys1002_lecture6.pdf . On note aussi une raie en émission dans le rouge qui trahi un gaz excité, c’est donc un noyau actif ! Les raies telluriques (en particulier H2O) sont profondes, malgré l’altitude ... sans surprise, on a pris une tempête de neige le lendemain

 

Pour continuer l'analyse on peut déterminer la vitesse radiale de M66, c'est à dire sa vitesse de rapprochement ou d'éloignement par rapport à nous. Pour ce faire, on va aligner et comparer son spectre avec celui d'une référence au repos - de vitesse zéro. Comme le spectre de M66 ressemble à celui d'une étoile K, on pioche dans la base de donnée spectrale de Isis une étoile de référence (de vitesse radiale = 0) montrant un profil similaire à celui du noyau de M66. Ci dessous, la comparaison du spectre de M66 et d'une étoile de type K2iii de la bibliothèque Pickles :

 

 

Il apparaît que M66 est décalée vers la droite, vers le rouge, par rapport à l'étoile de référence, donc M66 s'éloigne de nous !

 

La vitesse radiale de M66 relative à l’étoile de référence de vitesse radiale zéro peut être déterminée en utilisant un outil très puissant dans le logiciel Isis de Christian Buil, qui aligne avec précision les deux spectres, par le relevé de l'intensité du maximum de la fonction de corrélation croisée (CCF).

 

 

On obtient une vitesse d'éloignement de 695 km/s, une valeur proche de celle des pros

 

 

C'est super.. mais attendez, on peut aller encore plus loin dans l'analyse

[apricot]

En regardant de près le spectre de la galaxie, on devine à droite que les raies en émission des régions HII (Halpha et peut être [NII]) du bras nord (en haut) sont décalées vers la gauche (vers le bleu) par rapport à celles du bras sud (en bas) :

 

 

Ce décalage fait penser à celui vu par des spectres pros de la raie Ha le long d'un disque galactique, par ex :

 

 

Quesaco ?

 

En fait c'est simple...

 

Le décalage différentiel des raies en émission Ha dans les bras Nord-Sud de la galaxie provient tout simplement de la rotation du disque galactique

 

 

On peut donc même mesurer la vitesse de rotation de M66, par le décalage spectral des raies en emissions des bras spiraux Nord et Sud.

 

On pourra corriger la vitesse observée, apparente, pour l’inclinaison i de la galaxie dans le plan du ciel pour obtenir la vitesse de rotation.

 

Modifié 15 mars 2017 par apricot

[apricot]

Pour déterminer l'angle d'inclinaison i de la galaxie dans le plan du ciel, un peu de géométrie. Si on accepte que la galaxie est circulaire, on observe une galaxie en forme d'ellipse à cause de son inclinaison i, qui est égale à l'arccos du rapport longueur du petit axe / grand axe de l'ellipse

 

 

On trouve i=63°

 

Maintenant, il ne reste plus qu'à mesurer la position précise des raies en émission dans les bras nord et sud de la galaxie. Au Pic, on a obtenu 4 spectres individuels de 900 sec de pose (sans autoguidage, donc la galaxie s'est un peu baladée sur la fente du spectro). On va donc analyser les 4 spectres individuels, moyenner le résultat et calculer la déviation standard pour avoir une idée de de l'erreur de la mesure (pour les détails, voir : http://urania.forumactif.fr/t1517-rotation-d-une-galaxie-m66-au-pic-du-midi)

 

 

On mesure une vitesse de rotation proche de celles trouvées dans la littérature pro, par exemple 183±7 km/s (https://arxiv.org/pdf/1609.00378.pdf) et 153 km/s (http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1983ApJ...269..136Y/0000144.000.html).

 

Je n'ai pas trouvé d'autre exemple de mesure de la rotation d'une galaxie avec des moyens amateurs en spectro basse résolution -> Ce serait bien de confirmer ce résultat sur une autre galaxie.

 

Quoiqu'il en soit, même aux limites de la spectro basse résolution, le résultat est proche des mesures pros, et c'était une manip sympa à faire

 

Bon ciel à tous,

Jean-Philippe

Modifié 15 mars 2017 par apricot

[Jean-Baptiste_Paris]

Superbe observation et superbe compte-rendu ; un vrai plaisir à lire !

 

C'est très impressionnant d'obtenir de tels résultats très proches de ceux des pros avec des moyens amateurs, même depuis le Pic !

 

Grand bravo à l'équipe !

 

jb

[gerard33]

Je te l'avais dit qu'elle tournait

bravo pour ce travail de finition, je me le met de côté pour le relire

[apricot]

Merci JB

Gérard tu as peut être dans la boite avec David d'autres galaxies qui ont tourné, non ? Bon voyage !

[Florian06]

Bonjour,

 

Super intéressant. Merci pour le partage.

 

Bon ciel

[tata zize]

Passionnant comme d'hab.

Merci beaucoup!

[anglais]

Ouch, superbe travail!! merci du partage.

 

Jean-Christophe

[Poussin38]

Génial de simplicité dans la présentation pour des résultats non moins géniaux

 

Un régal, manque juste l'analyse de la matière noire

[charpy]

excellent travail de présentation! c'est bluffant.

 

je suis surpris de voir la précision du résultat étant donné le peu d'écart visible sur le premier spectre.

 

dans mon club quelqu'un à un aply et je tenterai bien la manip, est ce qu'il y a des cibles préférentielles pour que ça soit plus facile de voir le décalage en spectro.

[apricot]

Merci pour vos messages

 

Charpy, l'image du décalage des raies dans les bras est zoomée pour l'illustration, il n'y a guère que ~1 pixel mais le calcul du centre de la raie est au subpixel bien sur. Les galaxies sont de bonnes cicbles avec l'Alpy, les plus brillantes sont les plus faciles. M82 avec sa belle raie Ha en emission est sympa en ce moment

 

Bon ciel,

Jp

[mariobross]

Bravo , belle manipulation , beaux résultats.

Jc

[nicozv]

Genial pour la dialectique de ce compte rendu! Et bravo pour la précision des résultats obtenus...

Il y a quelque chose de rassurant de voir de telles initiatives, à l'âge des "alternative facts". La Science a quelque chose de sublime <3

[gehelem]

c'est passionnant ! merci beaucoup

Vous avez mesuré la vitesse à l'extrémité des bras si je comprends bien :

Penses-tu qu'en répétant cette mesure à différents éloignements du centre galactique vous auriez pu mettre en lumière la matière noire ? (suis content de cette formule, hihihi)

 

Gilles.

[xs_man]

Une manip qui sort de l'ordinaire au niveau amateur, de la vraie science !

 

Albéric

[chatbleu54]

, surpris en plus par le sens de rotation par rapport au sens des bras ! Je pensais qu'elle tournait dans l'autre sens !

Superbe travaille !

[apricot]

Merci à tous de votre passage sur ce fil

 

Vous avez mesuré la vitesse à l'extrémité des bras si je comprends bien :

Penses-tu qu'en répétant cette mesure à différents éloignements du centre galactique vous auriez pu mettre en lumière la matière noire ?

 

On a mesuré ici (enfin, on a essayé) la vitesse de rotation des régions Ha qui laissaient voir une signature spectrale détectable/mesurable. On pourrait effectivement envisager de mesurer la vitesse de rotation le long du disque galactique pour tracer la vitesse de rotation en fonction de la distance au centre galactique (et donc de mettre en évidence indirectement la matière noire galactique). Pour cela il faudra bien placer la fente, voire la déplacer longitudinalement, avec un bon guidage et des temps de pose conséquents pour avoir un signal/bruit suffisant dans les raies d'intérêt. Un joli projet de future (?) observation

 

Bon ciel,

Jean-Philippe

[AstroNOTE-Guillaume]

fiou j'ai après plein de chose là !!

[CATLUC]

Bravo

C'est très instructif et passionnant.

Un gros bravo.

Bonne nuit.

Luc;)

[fredogoto]

La classe. bravo les amis pour cette belle manipe