Galaxies | Dr. Goulu

La tête dans les étoiles

Tue, 18 Nov 2014 00:00:00 +0000

Comment ça, deux mois sans article ? Je pourrais raconter que j’habite trop près d’un trou noir, comme dans “Interstellar”, dont je causerai très bientôt, mais en réalité je suis occupé par plusieurs sujets qui provoqueront des articles un jour peut-être, et surtout un qui provoque l’article d’aujourd’hui:

Le MOOC “Introduction à l’Astrophysique” de l’EPFL

Je voulais depuis longtemps suivre un , pour voir à quoi ça ressemble. Voyant que le propose le premier , je me suis immédiatement inscrit et je le suis assidûment depuis deux mois en y consacrant une bonne soirée par semaine.

Ce qui m’a surpris temporairement, c’est que le cours ne suit pas le plan des livres d’astronomie de ma jeunesse qui partaient du Soleil et s’en éloignait en décrivant d’abord les planètes, puis les autres étoiles, les nébuleuses, les galaxies etc. Mais comme l’indique très bien le descriptif “Le cours met l’accent sur le lien entre les prédictions théoriques et les observations”,

Voici la table des matières du cours, semaine par semaine, avec mes petites remarques personnelles

Après un bref aperçu, présente les et le que j’ignorais totalement ou avais oublié, et qui permet notamment de lier la taille d’un à la vitesse des étoiles qui le forment et réciproquement
La deuxième semaine est consacrée au processus de , au et aux ainsi qu’aux magnitudes et . Là, pour simplifier et vérifier mes calculs pour les exercices, j’ai découvert et commencer à utiliser le module Python , qui définit de nombreuses constantes et unités bien utiles. Il permet notamment de convertir des unités du comme l’ “que les astrophysiciens continuent d’utiliser, à mon grand dam.
On aborde ensuite l’ et les et , avant de passer aux . Légère déception à ce niveau, j’espérais qu’on aborde le phénomène de ralentissement de la rotation et d’échauffement des astres soumis aux marées, mais j’imagine que ça doit être compliqué…
Suit logiquement la , puis le cours parle des avant d’aborder le bilan énergétique des planètes, et en particulier l’effet de leur atmosphère. Là j’ai eu le plaisir de voir esquissé le “ ”, et la demi surprise de voir que la température de corps noir de la Terre, Vénus et Mars sont beaucoup plus proches que leurs températures au sol. A ce sujet et au passage, ce beau montage des surfaces de tous* les astres sur lesquels des engins humains se sont posés en douceur:
La cinquième semaine est consacrée aux étoiles, leur formation, leur classification et leur distribution dans le illustré de magnifique manière par cette video
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la formation des étoiles est illustrée dans le , puis les réactions nucléaires des différents types d’étoiles ainsi que les morts correspondantes sont décrites. J’ai particulièrement apprécié la méthode de datation d’un amas d’étoile via le “coude” apparaissant dans la distribution des étoiles de la
La sixième semaine est consacrée aux galaxies. Ca commence par leur classification (avec un peu de pub pour dans un exercice), leur formation et leur évolution, le tout illustré par de faites par Yves Revaz à l’aide de , un package Python que je vais me dépêcher d’explorer dès que les journées auront 36 heures (il y a de l’espoir : les marées freinent la rotation de la Terre …). Ensuite le cours aborde le mouvement des étoiles dans les galaxies via les , et se termine par un exposé sur la
(ajouté le 24.11.14) La dernière semaine est consacrée à une introduction à la cosmologie : âge de l’univers, galaxies primordiales, , , échelles des grandes distances et moyens de mesure ( , ) et le cours se termine avec l’étude des

Je suis très content d’avoir suivi ce cours, je le recommande vivement aux passionnés de l’espace qui ont (encore) de bonnes notions de maths et de physique. Outre la matière enseignée, l’intérêt du cours réside pour moi dans les liens qui sont établis entre divers domaines de la physique : en jonglant avec la mécanique classique, la thermodynamique et un soupçon de mécanique quantique, on développe une vision cohérente, multidisciplinaire de connaissances qui peuvent paraître disparates lorsqu’on les rencontre la première fois en cours. A mon goût il ne manque qu’un soupçon de relativité assaisonné de trous noirs et d’étoiles à neutrons pour que ce cours soit parfait, mais peut-être sera-ce le sujet d’un cours suivant.

Sinon, la utilisée pour les MOOC de l’ est performante et agréable. On peut passer les vidéos en accéléré ou ralenti, commuter entre la vidéo et la page des exercices à volonté, et une zone de discussion permet de poser des questions ou de râler comme dans une vraie salle d’exercices, en plus calme.

Si mon rythme de publication reste bas, ce sera surement à cause d’un autre MOOC.

Note* : En fait il existe un 8ème objet : a été crashée sur en 2001 alors que ce n’était pas prévu initialement, et la sonde a survécu et transmis quelques images avant sa mort.

Supernova dans M95 !

Sat, 24 Mar 2012 00:00:00 +0000

Il y a un peu moins d’infos astronomiques sur ce blog depuis que et d’autres font ça très bien. Mais là ils ont raté un scoop : le 17 mars, plusieurs astronomes ont rapporté l’apparition d’une source lumineuse dans la , à 38 millions d’années lumière, donc pas trop loin de la Voie Lactée. Le 20 c’était confirmé

\[1\]

: il s’agit bien d’une supernova, baptisée illico “SN 2012 aw”.

Une des premières photos de M95 avec la supernova marquée. Les traits diagonaux sont des "aigrettes" de diffraction causés par la violente lumière de Mars, juste à côté. (voir Notes)

C’est même une : une étoile environ 8 fois plus massive que notre Soleil vient de se transformer en étoile à neutrons sous nos yeux ébahis. Dans :

l’astronome explique plein de choses intéressantes, entre autres:

Que “2012 aw” signifie que c’est la 49ème supernova détectée cette année, mais la plus proche, ce qui permet d’identifier l’étoile “progénitrice” sur des images prises avant l’explosion…
… ce qui a été fait en quelques jours grâce à une photo du téléscope spatial Hubble où elle apparaît comme un carré de 4 pixels.
Qu’on sait que c’est une supernova de type II grâce à son spectre qui révèle la présence d’hydrogène, alors que les causés par l’effondrement des naines blanches, n’en ont pas.

Quand je dis “sous nos yeux ébahis”, ce n’est malheureusement juste pas le cas : même si elle est devenue brillante comme un milliard d’étoiles, SN 2012 aw n’a qu’une de 13, et demande un télescope d’au moins 30cm pour être observée, mais c’est à la portée d’un club ou d’un amateur fortuné.

Voilà pour les photons. Mais une supernova de type II émet 99% de son énergie sous forme d’environ 1058 neutrinos. Dix mille milliards de milliards de milliards de milliards de milliards de milliards, pour ceux qui ne sont pas familiers avec les puissances de dix. Lors de la dernière supernova survenue dans notre galaxie, , environ 3 heures avant la lumière, ce qui est parfaitement conforme à la théorie. Depuis, on savait que ces particules vont exactement à la même vitesse que la lumière, pas un pet de plus, à moins de brancher un câble de travers…

Je me suis donc dit qu’ SN 2012 aw devrait aider à convaincre les derniers sceptiques que mon a définitivement raison. Mais , le meilleur détecteur de neutrinos que nous ayons actuellement, n’en a vu passer aucun dans son kilomètre cube de glace sous l’Antarctique. Il n’est pas assez sensible, mais il y a des idées pour arranger ça pour la prochaine SN 201x

\[5\]

Notes

Sur les “aigrettes” visibles sur la photo,
J’avais écrit une première version de cet article il y a quelques jours où je parlais aussi de , mais un crash m’a fait tout perdre. Comme il y a aujourd’hui plus d’infos sur SN 2012 aw, je causerai du Milky Way Project une autre fois. Mais allez déjà voir! Ca concerne les , causées entre autres par les supernova…

Sources:

, Central Bureau for Astronomical Telegrams, INTERNATIONAL ASTRONOMICAL UNION, 20 mars 2012
sur Bad Astronomy, 19 mars 2012
sur Bad Astronomy, 20 mars 2012
sur Bad Astronomy, 23 mars 2012
Markus Voge et al., “Towards an extragalactic Supernova neutrino detector at the South Pole”,

Collision d'amas

Fri, 17 Apr 2009 00:00:00 +0000

J’aime bien les collisions. Les , les “normales” comme celle-ci où les :

(la réponse est non, même à 1000 km/h, ça ne se soude pas…).

Le cratère est le résultat d’une collision à peine plus violente.

On connait aussi des , phénomènes beaucoup plus lents entre “objets” énormes, mais peu denses, qui s’interpénètrent et mélangent leur gaz et leurs étoiles avant que leurs dans les chocs .

L’image ci-dessous montre “la taille au dessus” en matière de collisions. Seuls les quelques points visibles sur cette magnifique photo sont des étoiles proches, dans notre Galaxie. Les centaines d’autres points ou taches sont autant de galaxies formées chacune de milliards d’étoiles et regroupés en 4 en interaction.

image de MACSJ0717.5+3745,prise par Hubble+Chandra+Keck. Credit: NASA, ESA, CXC, C. Ma, H. Ebeling, and E. Barrett (University of Hawaii/IfA), et al., and STScI.

Les nuages bleus et mauves sont du gaz arraché aux galaxies par l’attraction de leurs voisines, sur des distances qui dépassent très largement la taille des galaxies.

L’ensemble a été baptisé MACS J0717, se trouve à 5.4 milliards d’années lumière de nous et mesure dans les 13 millions d’années lumières de diamètre. Selon , les astronomes vont passer quelques années à analyser cette structure colossale, en particulier pour éclaircir le mystère de la , qui doit jouer un rôle important à cette échelle. Pour le commun des mortels, ça fera un immédiatement.

Galaxies proches et lointaines

Tue, 17 Feb 2009 00:00:00 +0000

Hubble nous fournit une fois encore une :

La galaxie NGC 4921 est distante de 320 millions d’années lumière, et présente la particularité d’être peu dense et peu lumineuse. Pour les besoins d’une étude scientifique sur l’expansion de l’univers, le télescope spatial a réalisé 80 prises de vues de cette galaxie totalisant un temps d’exposition d’environ 27 heures! On a ainsi obtenu ainsi cette image qui révèle non seulement NGC 4921, mais aussi des centaines de galaxies plus distantes tapissant le fond du ciel*.

Il est même possible d’en distinguer certaines à travers les bras spiraux de NGC 4921 et obtenant ainsi une image à tel point qu’il est possible de distinguer à travers elle d’autres galaxies, plus lointaines:

ngc4921detail1

Comme sur d’autres clichés, le “ ” de cette photo révèle également des objets de forme irréguliers, peut-être de jeunes galaxies en formation ou le résultat de leurs collisions:

ngc4921detail2

Voilà donc encore quelques centaines de galaxies de plus à classifier et à étudier. Mais comme il n’y a pas assez d’astronomes pour suivre le rythme des découvertes, vous pouvez les aider en utilisant . Je vous en avais déjà parlé , mais je remets la compresse car ils viennent de passer en “version 2”. Peut-être deviendrez-vous aussi célèbre que (qui a désormais .)

*Rappel : une galaxie est formée de milliards d’étoiles… il y a donc quelque chose comme 10'000'000'000'000 étoiles sur cette photo, à quelques zéros près…

Source : “ ” sur Le Cosmographe, un bon blog d’astro que je découvre à l’instant

Mise à jour du 21.2.09 : Le #26 est consacré à cette image:

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Recyclage galactique

Wed, 04 Feb 2009 00:00:00 +0000

Si vous croyez toujours qu’une galaxie n’est qu’un disque d’étoiles qui tournent autour d’un trou noir supermassif qui les avale une à une, regardez cette image :

la galaxie NGC 5128 et ses lobes de gaz éjectés par son trou noir central

est une galaxie assez proche (15 millions d’années lumière), bien visible dans l’optique mais aussi dans les fréquences radio. Elle se classe donc dans les “ ” sous le nom de “Centaurus A”. On savait déjà que l’émission d’ondes radio de ces galaxies, qui peut atteindre une puissance de 10^39 Watts (!!!) est provoquée par les , plus exactement par leur rencontre brutale avec le gaz très diffus qui entoure les galaxies.

L’image ci-dessus combine en fait des mesures faites avec 3 instruments différents dans 3 domaines du spectre électromagnétique:

l’image optique vient du au Chili
les zones oranges correspondent aux ondes radio submilimétriques mesurées par le au Chili aussi
le rayonnement X, représenté en bleu, a été mesuré par le

On y distingue les jets du trou noir, en particulier celui en haut à gauche, dont on a mesuré la longueur (13'000 années lumière) et la vitesse initiale (c/2). Mais on voit aussi que les jets ne sont pas infinis : ils créent des ondes de choc et des volutes de gaz, qui ne peuvent rien faire d’autre que retomber lentement dans le disque galactique pour y être recyclées en étoiles fraiches dans quelques millions d’années.

Cette magnifique preuve supplémentaire que les est promue ipso facto non seulement au rang d’ “ ” mais à celui de “fond d’écran du mois” par votre serviteur.

Dernières nouvelles de la Voie Lactée

Sun, 11 Jan 2009 00:00:00 +0000

Ce n’est qu’au début du XXème siècle qu’on a réalisé que de nombreuses “nébuleuses” observées étaient des “galaxies” regroupant des milliards d’étoiles, et que la trainée blanche qui barre notre ciel les nuits bien noires est la Galaxie à laquelle appartient notre Soleil, vue de l’intérieur.

Notre position à l’intérieur de la Voie Lactée rend impossible son observation directe et difficile la mesure de certains paramètres importants, comme sa masse et sa densité. En fait, on connait mieux la voisine que . Si on sait depuis 1953 que la Voie Lactée est une , ce n’est qu’en 1991 que sa “barre” a été confirmée et en 2007 qu’on a formellement

D’ailleurs, une image récente du centre de la Galaxie montre que la zone de 300 années-lumière voisine du trou noir central (la tache blanche sur la photo) est extrêmement active, avec des nuages de gaz chaud et des étoiles massives, comme le prévoit :

gros plan sur le centre galactique (cliquer pour agrandir)

En 2008, la structure de la Voie Lactée est enfin illustrée sur cette magnifique carte :

mais est-ce correct ? Une équipe suisso-germano-américaine vient de confirmer cette structure à l’aide de mesures faites dans l’infrarouge par les satellites observant le fond du ciel. La représentation graphique de ces mesures est celle-ci:

Avec un peu d’imagination, on voit que ça correspond assez bien : la Voie Lactée possède deux bras spiraux principaux et deux plus ténus.

D’autre part, une équipe a récemment mesuré les vitesses de nombreuses étoiles de notre galaxie à l’aide du et découvert qu’elles tournent plus vite que prévu autour du centre galactique, ce qui signifie que la Voie Lactée est plus vaste et environ 50% plus massive qu’on ne l’imaginait jusqu’ici .

Références:

" ", 9 janvier 2009, techno-Science.net
Francis Reddy “ ”, 4 juin 2008
Englmaier P., Pohl M., Bissantz N. “ ”, in: “Tumbling, Twisting, and Winding Galaxies: Pattern Speeds along the Hubble Sequence”, E. M. Corsini and V. P. Debattista (eds.), Memorie della Società Astronomica Italiana, 2008
" ", 5 janvier 2009

Les jets des trous noirs

Sat, 03 May 2008 00:00:00 +0000

Les trous noirs sont très noirs : aucune lumière ne peut en sortir. En plus ils sont très petits, ce qui empêche définitivement de les “voir” avec un télescope. Par contre les phénomènes cataclysmiques qu’ils produisent dans leur voisinage dégagent une énergie colossale qui trahit leur présence sans doute possible. Il y a d’une part le disque d’accrétion dont j’ai déjà parlé et , et d’autre par les “jets”, que l’on est en train de comprendre un peu mieux.

A l’origine, ce sont des photos comme celle du centre de la galaxie M87 ci-contre qui ont révélé des jets de plasma très chaud émis à 99% de la vitesse de la lumière par le centre de plusieurs galaxies, perpendiculairement à leur plan de rotation.

La violence du phénomène ne laisse aucun doute sur l’origine, mais le fait demeure, paradoxal : les trous noirs sont capables d’émettre de la matière dans l’espace, probablement en quantités beaucoup plus importantes que celle qu’ils absorbent.

En 1977 déjà, Blandford et Znajek ont proposé un mécanisme expliquant l’émission de ces jets : la matière du disque d’accrétion tombant en spirale vers le trou noir serait déviée par le champ magnétique de celui-ci, qui serait enroulé sur lui-même au point de former une gigantesque dynamo qui accélèrerait la matière sur des lignes de champ hélicoïdales qui s’échappent par les pôles du trou noir. Leur théorie prédit qu’il devrait y avoir un “noeud” à une certaine distance de l’émission ou le jet serait focalisé avant de poursuivre son chemin dans l’Univers. Cette magnifique théorie est illustrée par l’image ci-dessous (cliquer pour agrandir):

Si vous me conaissez, vous m’avez vu venir : oui, la théorie vient d’être vérifiée grâce à sa prédiction : en observant une bouffée de particules progressant le long du jet de BL Lacertae (BL Lac à 950 millios d’années lumière) pendant plusieurs années, Alan Marscher de l’université de Boston a observé qu’elle a émis plus de lumière, de rayons X et de rayons gamma exactement à la position du noeud prévu : CQFD.

L’image ci-dessus et la vidéo correspondante ci-dessous sont réalisées par , un astronome mexicain qui a fondé l’entreprise réalisant des de phénomènes astronomiques comme celle-ci:

Steffen a aussi développé le logiciel “ ” qui traite à la façon des astronomes des nuages de particules 3D. Ca fait plusieurs sujets pour de prochains articles…

sources :

“ ” Laurent Sacco, , 2 mai 2008
“ ”, JR Minke, Scientific America, Avril 2008

Galaxy Zoo : l'astronomie collaborative

Fri, 25 Apr 2008 00:00:00 +0000

Le téléscope Hubble a pris en 18 ans des milliers de photos sur lesquelles figurent des millions de galaxies en arrière plan, qui n’ont pas directement été visées. Le projet consiste à pour classer cette masse d’images de galaxies et repérer celles présentant des particularités méritant d’être observées de plus près.

Après inscription sur le site et un de quelques minutes, vous pourrez commencer à dire de chaque image qui vous sera présentée si elle correspond à :

une galaxie spirale, et si oui, à donner le sens de ses spirales
une galaxie elliptique (pas spirale)
des galaxies en interaction ou collision
une étoile ou autre objet non galactique.

Comme les mêmes images sont évaluées par plusieurs personnes, le programme fait des statistiques sur les réponses. Si presque tout le monde est d’accord, c’est classé. Si les gens donnent des réponses diverses, l’objet devient intéressant …

Si vous avez un moment à tuer, c’est plus constructif que de jouer au Solitaire, mais je dois bien avouer que c’est assez vite lassant. Il faudrait une idée pour transformer ceci en jeu amusant …

un festival de Galaxies

Fri, 25 Apr 2008 00:00:00 +0000

Le téléscope spatial Hubble fête ses 18 ans, l’occasion de revenir sur l’extraordinaire prises par ce satellite.

Affranchi des perturbations de l’ atmosphère, Hubble a en particulier obtenu des images de myriades de galaxies, nous permettant de comprendre la formation et l’évolution de ces nuages formés de milliards d’étoiles, petites gouttes de matière dans un Univers essentiellement vide.

image Hubble d’un minuscule bout de ciel noir vu de la terre, le “fond du ciel”. Chaque point est une Galaxie contenant des milliards d’étoiles.

On sait maintenant que les belles spirales qui décorent beaucoup de galaxies ne se forment, lentement, que si la galaxie n’est pas perturbée par une voisine. Car les galaxies se rencontrent parfois “brutalement” dans des “collisions” où les d’étoiles des deux se croisent, avec un risque infome de collision mais en créant des nuages de gaz qui donnent naissance à de nouvelles étoiles au sein de galaxies déformées.

Les images de sont peut être les plus spectaculaires :

la première, Arp 148 est magnifique et particulière : le jet blanc est une galaxie vue sur la tranche qui vient de traverser (en quelques millions d’années…) le centre de la galaxie bleue, presque perpendiculairement. Une “onde de choc” d’étoiles renforce la luminosité de l’extérieur la galaxie bleue:

Les collisions de galaxies sont assez fréquentes, et d’ailleurs notre Voie Lactée va connaitre une rencontre mouvementée avec Andromède dans les prochains milliards d’années. Tout est déjà simulé, ce qui évite d’attendre :

N’oubliez pas : le “nuage de gaz” est en fait formé de milliards d’étoiles …

Simulation de Galaxie Spirale

Thu, 23 Aug 2007 00:00:00 +0000

Poursuivant ma découverte (*) du génial Hyperion 3D, je me suis attaqué à simuler une Galaxie Spirale.

Il faut dire que la formation des bras spiraux des galaxies n’a été comprise que récemment parce qu’il fallait « penser différemment ». Bien que je l’aie un peu expliqué , je voulais le voir pour le croire. Et voilà, c’est fait, admirez !

Si vous voulez vous aussi explorer de belles galaxies virtuelles en temps réel, il vous faut:

et l’installer
télécharger , et le décompresser n’importe où
lancer Hyperion et ouvrir SpiralGalaxy.xml .
Jouer avec les touches F1-F2 et F3-F4 qui modifient les paramètres eratio et etwist (voir plus bas) pour obtenir différentes spirales.

Comme le montre l’image ci-contre (réalisée avec une petite macro SolidWorks, en passant…) les bras spiraux sont simplement un effet géométrique : ils correspondent à la zone dans laquelle les ellipses sont rapprochées, donc il y a une plus grande densité d’étoiles dans ces zones, mais les étoiles suivent tout de même des orbites elliptiques : elles ne restent pas dans les bras.

La simulation fait décrire à quelques milliers d’étoile des trajectoires elliptiques autour du centre de la galaxie, le grand et le petit axe de chaque trajectoire étant tournés d’un angle qui dépend de la distance moyenne au centre. Il faut donc calculer la trajectoire de chacune des milliers d’étoiles en temps réel, chose possible avec Hyperion grâce à son intégration du langage LUA, que je ne connaissais pas du tout. C’était donc l’occasion de l’apprendre. Il a beaucoup de qualités dont je reparlerai ailleurs, et un gros défaut : faiblement typé, il n’effectue que peu de vérifications à la compilation et aucune à l’exécution : en cas d’erreur, c’est le crash.

La programmation ne pose aucune difficulté particulière pour quelqu’un connaissant un peu la trigo et la 2D. Oui, 2D parce que tous les calculs se font dans le plan XY, la coordonnée Z de chaque étoile étant un petit nombre aléatoire constant, destiné à donner un peu d’épaisseur à la Galaxie.

La visibilité des bras dépend:

de deux paramètres définissant:
1. l’aplatissement des ellipses (eratio = grand axe / petit axe)
2. l’angle de rotation des ellipses en fonction du rayon (etwist)
de l’apparence des étoiles. Les premiers bras bien visibles ont été obtenus avec des étoiles texturées avec un gros point rouge. En utilisant une texture d’étoile réaliste trouvée la couleur est plus crédible, mais les bras sont moins visibles :

l’idéal serait d’utiliser plusieurs vertex pool avec plusieurs textures différentes pour simuler différents types d’étoiles, avec leurs couleurs.

(article aussi publié )