Galaxie Spirale et Séquence Principale 6


Suite à Galaxies, Fenêtres sur l’Univers, je m’étais lancé dans la réalisation d’une Simulation de Galaxie Spirale en temps réel basée sur Demoniak3D.

galaxie.jpgL’idée était principalement d’illustrer le fait que les bras spiraux des galaxies ne tournent pas : se sont des “ondes de pression” dans lesquels la densité d’étoiles est plus élevée qu’ailleurs en raison du fait que les étoiles suivent “en moyenne” des orbites elliptiques décalées, comme illustré sur le graphique ci-contre, où les spirales apparaissent clairement.

Je viens de réaliser une nouvelle version de cette simulation que vous pouvez télécharger ici et exécuter sur votre propre PC (doté d’une carte 3D décente) pour voir 15’000 étoiles tourner devant vos yeux ébahis:

A noter qu’à ma connaissance c’est la seule simulation de Galaxie en temps réel qui révèle les bras spiraux. Ceci est possible car on ne simule pas la physique de la gravitation, mais seulement la géométrie en résultant.

Vie et mort des étoiles

Dans cette nouvelle version , j’ai commencé à implanter un autre phénomène fascinant : le cycle de vie des étoiles. Comme expliqué dans Galaxies, Fenêtres sur l’Univers, les étoiles naissent au rythme d’une par jour (!) dans la Voie Lactée, principalement dans les bras spiraux. Puis elles vieillissent et meurent (une par jour aussi !) après n’avoir effectué que quelques tours de la Galaxie. Pour visualiser ceci “à l’échelle” dans ma simulation, j’ai fait le calcul suivant :

  • ma galaxie contient environ 10^6 x moins d’étoiles qu’une galaxie spirale réelle (je veux un processeur 10’000’000 de fois plus puissant !)
  • mais elle tourne environ 10^13 x plus vite
  • donc les étoiles de ma simulation doivent naitre et mourir 10^(13-6) soit 10’000’000 x plus souvent qu’une fois par jour, ce qui fait 116 x par seconde !

La séquence principale

La vie des étoiles se déroule de gauche à droite dans le diagramme ci-dessous:

rtemagicc_hrgenericsml.jpg

Les étoiles supergéantes (vraiment très grosses) naissent bleues. Après une vie brève passée à briller 10’000x plus que le Soleil, elles deviennent rouges et meurent brutalement en supernovae, brillant comme des millions de soleils pendant quelques heures et laissant une étoile à neutrons, un magnetar voire un trou noir au centre d’une nébuleuse de matériaux expulsés dans l’espace

Les étoiles naines restent toute leur longue vie bleues/blanches et jaunissent en s’éteignant lentement. 10’000x moins lumineuses que le Soleil, elles deviennent des naines brunes pratiquement invisibles.

La plupart des étoiles, dont le Soleil, suivent la “séquence principale” : elles naissent bleues et lumineuses, et meurent rouges, tout en devenant 1 milliard de fois moins lumineuses qu’au début.

Dans mon programme, je considère pour l’instant que toutes les étoiles suivent la séquence principale. Je simule le vieillissement en regroupant les étoiles en 6 étapes de la séquence. Il y a aussi une étape 0 “nébuleuse” qui correspond au gaz qui forme une étoile jeune et qui résulte de la mort de l’étoile vieille, ce qui permet de définir un cycle. Pour des raisons techniques et pour correspondre à la réalité, le nombre d’étoiles à chaque étape doit rester le même. La simulation permute donc 7 “étoiles” choisies au hasard dans chacune des étapes : une nébuleuse prise au hasard devient une bleue de type O5, une bleue O5 prise au hasard devient BO et ainsi de suite jusqu’à une étoile de type M0 prise au hasard, qui meurt pour donner une nébuleuse.

Ainsi les étoiles vieillissent, mais pas toutes à la même vitesse, ce qui est conforme à la réalité.

Prochaines étapes:

  • rendre les transitions de couleur plus douces
  • faire naître les étoiles dans les bras spiraux : c’est là que ça se passe en réalité car les nébuleuses y sont “comprimées”
  • simuler la trajectoire des étoiles du noyau galactique en 3D. permettre de varier la taille du noyau pour faire des galaxies elliptiques
  • trouver comment faire des galaxies spirales “barrées”

Références

  • à part ça je m’aperçois qu’il manque un lien vers la version « processing » de cette simulation, qui vous permet de l’admirer directement dans votre browser. C’est ici : https://drgoulu.com/2008/04/03/processing/

  • buggle

    Le problème avec ton modèle galactique est qu’il enfreint les lois de Kepler. Une orbite elliptique n’a pas son foyer en son centre.

    • Ma simulation est basée sur la théorie des ondes de pression de Lin et Shu datant des années 1960. Je ne sais pas si l’on dispose aujourd’hui d’une explication plus convaincante des bras galactiques. Ce qui je sais, c’est que la première loi de Képler s’applique à 2 corps en mécanique classique, alors qu’une galaxie est constituée de milliards de corps (sans compter les gaz). De plus, le trou noir central de la Voie Lactée ne représente qu’une toute petite fraction de la masse totale de la Galaxie (10^6 masses solaires environ sur 10^11), alors que le Soleil fait 99.8% de la masse du système solaire… Enfin les effets relativistes ne sont pas négligeables à l’échelle d’une galaxie.

      Donc oui, tu as parfaitement raison, ma simulation n’est pas du tout Képlerienne 😉

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  • Super intéressant toutes ces explications. J’ai ajouté le lien vers ce billet dans la homepage de la demo.

    Bon 15000 etoiles c’est sympa mais j’ai fait des tests avec les vertex pools et j’ai réussi à animer près d’un million de particules (pas avec des trajectoires complexes mais ça donne l’idée). Il faut qu’on trouve le moyen pour augmenter le nombre d’etoiles à au moins 100k dans ta demo.