rotation différentielle des galaxies

[bryce.13]

bonjour à tous,

 

voila j'ai une petite question : qu'est ce que la rotation différentielle d'une galaxie? phénomène découvert par un hollandais, Oort.

 

il s'agirait du mouvement des étoiles dans une galaxie qui ne corroborerait pas avec des effets gravitationnels.

 

voila je voudrais quelques précisions sur le sujet, défaut de masse?? matière noire??

 

merci pour vos réponses

[Jeff Hawke]

La rotation différentielle, c'est simplement qu'une galaxie n'étant pas un corps solide, la vitesse de rotation des étoiles n'est pas la même selon leur distance au centre. Plus on s'éloigne, moins elles vont vite.

 

Jusque là, tout va bien.

 

lL problème, c'est que les observations ne collent pas avec les résultats des calculs basés sur les lois de Newton : Les étoiles éloignées tournent "trop vite"...

 

Explication avancée : Il y a plus de gravité que prévu, d'où l'hypothèse de la matière noire.

[bryce.13]

cela signifie qu'une galaxie aurait tendance à s'enrouler sur elle même si j'ai bien compris, les bords tournants moins vite que le centre...

 

mais en observant ce n'est pas le cas c'est ça?

 

la rotation d'une galaxie reste rigide, c'est à dire que le centre à la même vitesse angulaire que les extrémités?

[dimi]

Plus on s'éloigne, moins elles vont vite.

 

N'est-ce pas le contraire ? Plus on s'éloigne du centre et plus elles vont vite ?

[Jeff Hawke]

la rotation d'une galaxie reste rigide, c'est à dire que le centre à la même vitesse angulaire que les extrémités?

 

Non, elle n'est pas rigide, l'extérieur tourne moins vite que l'intérieur, mais tout de même plus vite que la loi de Newton ne le prévoit.

 

N'est-ce pas le contraire ? Plus on s'éloigne du centre et plus elles vont vite ?

 

Ben non. Plus t'es loin, moins la gravitation agit (inverse du carré de la distance), et donc moins tu tournes vite pour compenser.

[bryce.13]

bonjour,

 

juste une précision, qu'est ce qu'on s'attendrais à voir?

[Jeff Hawke]

qu'est ce qu'on s'attendrais à voir?

 

A voir, pas grand chose...

 

Mais en estimant la masse d'une galaxie, et sa répartition (en fonction de ce qu'on observe, donc de la matière "normale", décelable), et en appliquant ce bon vieux Newton, on s'attend à mesurer des vitesses de rotation d'une certaine valeur, selon la distance du centre galactique, et ce qu'on mesure est supérieur aux valeurs attendues. Il y aurait donc, soit de la matière cachée, soit la loi de Newton est fausse sur de grandes distances...

[schnucki]

N'est-ce pas le contraire ? Plus on s'éloigne du centre et plus elles vont vite ?

 

elle parcourent beaucoup plus de distance donc elles mettent plus de temps normalement par rapport à celles aui sont plus proches, mais ce n´est pas le cas.

[schnucki]

A voir, pas grand chose...

 

Mais en estimant la masse d'une galaxie, et sa répartition (en fonction de ce qu'on observe, donc de la matière "normale", décelable), et en appliquant ce bon vieux Newton, on s'attend à mesurer des vitesses de rotation d'une certaine valeur, selon la distance du centre galactique, et ce qu'on mesure est supérieur aux valeurs attendues. Il y aurait donc, soit de la matière cachée, soit la loi de Newton est fausse sur de grandes distances...

 

peu probable que la loi de newton soit fausse sur les grandes distances, il y a certainement autre chose.

[dimi]

Bon, alors, il y a qque chose qui m'échappe...

 

Ici, on dit ceci :

http://www.asc-csa.gc.ca/fra/educateurs/ressources/astronomie/glossaire.asp#r

rotation différentielle

Propriété de rotation des corps gazeux lorsque la vitesse de rotation des régions équatoriales est supérieure à celle des régions polaires.

 

Donc 2 questions :

- en effet, il me semblait que les étoiles extérieures tournaient beaucoup plus vite qu'elles ne le devraient normalement, ce qui prouvait l'existence de la matière noire ?

- car une étoile qui parcourt plus de distance en un temps équivalent va tout de même bien plus vite ?

[Jeff Hawke]

peu probable que la loi de newton soit fausse sur les grandes distances, il y a certainement autre chose.

 

Il y a une théorie, MOND (Modified Newtonian quelque chose je crois...), mais pas très convaincante à ce qu'il me semble.

[Jeff Hawke]

Bon, alors, il y a qque chose qui m'échappe...

 

Ici, on dit ceci :

http://www.asc-csa.gc.ca/fra/educateurs/ressources/astronomie/glossaire.asp#r

rotation différentielle

Propriété de rotation des corps gazeux lorsque la vitesse de rotation des régions équatoriales est supérieure à celle des régions polaires.

Ah oui. Ca, ça a l'air d'être la définition pour les planétes gazeuses.

 

- en effet, il me semblait que les étoiles extérieures tournaient beaucoup plus vite qu'elles ne le devraient normalement, ce qui prouvait l'existence de la matière noire ?

Ca ne prouve rien, mais ça conduit à cette hypothèse de "masse manquante", assez crédible à ce jour.

[ChiCyg]

Dans un corps solide en rotation, la vitesse linéaire est proportionnelle à la distance à l'axe de rotation. (Tout le monde fait un tour dans le même temps mais ne parcourt pas la même distance dans ce même temps)

 

Dans un système planétaire (une étoile au centre beaucoup plus massive que ses planètes), la vitesse linéaire des planètes est inversement proportionnelle à la racine carrée de la distance au centre : par exemple la terre 30 km/s distance 1 UA, Jupiter 13 km/s, distance 5 UA, Venus 35 km/s distance 0,7 UA. (Parce que la force centrifuge mv²/R doit être égale à l'attraction GmM/R²).

 

Dans une galaxie, la masse n'est pas seulement concentrée au centre, mais est répartie dans le bulbe (surtout) mais aussi dans le disque (il y a des étoiles et du gaz), on peut donc s'attendre à une décroissance moins rapide que dans le cas d'un système planétaire.

 

En spectroscopie on peut mesurer la vitesse linéaire du gaz ou des étoiles en différents endroits d'une galaxie. Si c'est une spirale et qu'elle n'est pas vue par dessus, on peut mesurer sa vitesse de rotation en faisant la différence de vitesses de chaque côté du bulbe. On observe que la vitesse augmente rapidement dans le bulbe sur environ 5 kpc (comme on s'y attend) mais que cette vitesse ne diminue pas en s'éloignant mais forme un plateau (aux environs de 200 km/s) jusqu'à des distances de 20 kpc ou plus et qu'on ne puisse plus faire de mesure (la luminosité est trop faible).

 

Pour que la vitesse linéaire des étoiles reste constante avec leur distance au centre de la galaxie, il faudrait que la masse présente entre les étoiles et le centre soit proportionnelle à la distance. Mais l'observation montre qu'il n'y a pas assez de gaz et d'étoiles pour expliquer ce plateau de vitesse.

 

Donc, soit il y a de la masse cachée, soit la loi de gravitation est fausse, soit il y a autre chose qui cloche ...

[bryce.13]

d'accord je vous remercie pour ces réponses qui m'ont aidé à y voir plus clair.

 

a t on des preuves concernant le défaut de masse? c'est à dire l'existence de la matière noire.

 

sinon, comment les astrophysiciens expliquent ce phénomène de rotation différentielle?

[dimi]

d'accord je vous remercie pour ces réponses qui m'ont aidé à y voir plus clair.

 

a t on des preuves concernant le défaut de masse? c'est à dire l'existence de la matière noire.

 

sinon, comment les astrophysiciens expliquent ce phénomène de rotation différentielle?

 

Si j'ai bien compris la chose (sinon que les spécialistes me contredisent ) :

- pour que les étoiles tournent si vite loin du centre galactique, c'est qu'une force gravitationnelle due à la masse de la galaxie les retient

- or, la masse 'visible' ou quantifiable connue est trop faible en théorie : les étoiles devraient être expulsées vers l'extérieur au vu de leur vitesse de révolution autour du centre galactique

- donc, hypothèse : il manque de la matière que l'on n'a pas encore pu détecter (=> 'matière noire')

 

Question aux spécialistes : peut-on valablement prendre l'exemple d'une roue de vélo ?

Le centre de la roue tourne à la même vitesse que la jante grâce aux rayons qui la retiennent ?

Dans notre question de départ, pourrait-on dire que les rayons tel qu'on les connait sont trop faibles pour retenir une jante tournant à une telle vitesse ?

 

Bryce.13, si tu peux suivre en anglais, cette vidéo me semble bien faite

[Invité akira]

Il n'y a pas de rotation monobloc comme dans une roue de velo, c'est la gravite qui determine la vitesse de rotation a une distance donnee et la duree pour faire un tour n'est pas constante avec le rayon ... a cause de Newton. D'aou une rotation differentielle.

[ChiCyg]

dimi,

 

De mon point de vue, et pour ce que j'en comprends, je suis d'accord avec ce que tu dis dans la première partie de ton message.

 

En revanche, je ne trouve pas très bonne la comparaison avec la roue de vélo. Parce que dans une roue de vélo les rayons vont compenser à tout moment les forces exercées sur la jante (c'est le but, sinon on se casserait la figure ... ).

 

Dans le cas de la gravitation, c'est un peu différent, il n'y a pas de rigidité. Simplement la trajectoire des objets (étoiles, planètes, ...) est modifiée par la gravitation. Plus la gravitation est forte plus elle va "incurver" les trajectoires. Sachant cela, avec les données sur les orbites des étoiles (et du gaz), on peut remonter à la masse qui leur impose ces trajectoires.

 

En même temps je trouve que parler de rotation différentielle n'est pas très adapté, en fait chaque étoile a une trajectoire individuelle. D'ailleurs ce que j'ai écrit plus haut n'est valable que pour les galaxies spirales, ce n'est pas valable pour les galaxies elliptiques dans lesquelles on n'observe pas de mouvement d'ensemble de rotation des étoiles autour du centre. Probablement parce que les elliptiques sont issues de la fusion de plusieurs galaxies dont les étoiles ont plus ou moins conservé leurs mouvements d'avant la fusion. Il y a donc des mouvements dans tous les sens dans une elliptique. et on ne peut pas mesurer la masse en fonction des trajectoires des étoiles.

 

On parle plutôt de rotation différentielle là où l'on attendrait plutôt une rotation d'ensemble comme dans le soleil par exemple : les zones équatoriales tournent plus vite que les zones polaires, alors qu'on pourrait s'imaginer que depuis le temps qu'il brille une sorte de freinage soit intervenue et que le soleil tourne d'un bloc. Mais enfin même la rotation du soleil reste mal comprise ...

[dimi]

En effet, la roue de vélo, ça craint sous un certain angle, je crois que je suis le seul à avoir compris ce que je voulais dire...

 

En tous cas, merci pour les compléments d'infos, notamment en ce qui concerne l'absence de rotation d'étoiles ds les galaxies elliptiques... 'savais pas !

[Invité akira]

Pour les galaxies elliptiques on parle de dispersion de vitesse. On calcule la dispersion de l'histogramme de dispersion de vitesse. Cette dispersion est aussi reliee a la masse de la galaxie.