Formation et

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Formation et évolution des Galaxies

• Conférence Club Astro Antony
• 26 Mai 2007
• Françoise Combes
• Observatoire de Paris

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Galaxies dans l'Univers jeune
Voir plus loin, c'est remonter dans le
temps Aujourd'hui jusqu'à z 6 (ou 95 de l'âge
de l'Univers) Galaxies plus nombreuses
Formation de plus d'étoiles Noyaux plus actifs
3
(No Transcript)
4
Schéma de formation des structures
Fluctuations primordiales fond cosmologique Str
uctures filamentaires simulations
cosmologiques Galaxies baryoniques vues avec
le HST
5
Formation hiérarchique des galaxies
Les galaxies étaient plus petites et
plus nombreuses Selon l'environnement les
galaxies évoluent à différentes vitesses
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Interactions entre galaxies Ultra-lumineuses touj
ours des fusions de galaxies
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Séquence de Hubble (diapason)
Séquence de masse, de
concentration Fraction de gas
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Evolution sur la séquence de Hubble
9
NGC 1232 (VLT image) SAB(rs)c
NGC 2997 (VLT) SA(s)c
10
Messier 83 (VLT) NGC 5236 SAB(s)c
NGC 1365 (VLT) (R')SBb(s)b
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Formation de barres
étoiles
gaz
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Temps total 1.2 Gyr
Formation d'anneaux aux résonances
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Formation des spirales et des barres
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Les galaxies comme disques d'accrétion

• Les galaxies sont en perpétuelle évolution
• Tendance à concentrer la matière (moindre
  énergie)
• La gravitation est le principal moteur
• Mais les mouvements de rotation empêchent la
  matière de
• se concentrer
• Dissipation d'énergie (gaz) pour réduire les
  mouvements
• d'agitation
• Formation de spirales pour évacuer la rotation

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Profil vertical cacahuètes
COBE, DIRBE Voie Lactée
NGC 128 Galaxie cacahuète
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N2442
N613
N3351
N5850
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NGC 5728 DSS CFH Optique Adaptative NIR
Il peut se former deux barres emboîtées, comme
des poupées russes. Ici une barre nucléaire (à
droite, champ de 36") au sein de la barre
primaire (à gauche, champ de 108"). Les barres
secondaires tournent plus vite que les barres
primaires
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NGC4314 Formation d'étoiles dans l'anneau entour
ant la barre nucléaire
Les barres nucléaires sont surtout visibles en
infrarouge, non perturbé par l'extinction
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Mk1066
NGC 3081
Barres Nucléaires
Télescope Spatial HST
NGC 3982
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Destruction des barres
Les barres concentrent la matière vers le
centre Pourtant, dès que 5 de la masse de la
galaxie est concentrée dans le noyau, la barre
est détruite ? Phénomènes d'auto-régulation Avec
accrétion de gaz de l'extérieur une barre peut
se reformer dans le disque à nouveau instable ?
3 ou 4 épisodes barrées dans la vie d'une galaxie
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Changement de types
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Interactions entre galaxies

• Phénomènes de marée très fréquents
• Formation de ponts de matière entre les galaxies
• Fusion entre galaxies
• Formation hiérarchique des galaxies

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Messier 51 et son compagnon NGC 5195
Les premières simulations numériques, dans les
années 1970!
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Messier 51 couleur
DSS
2 Mass NIR
Radio, VLA
Keel website
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(No Transcript)
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Les Antennes

Hibbard
27
(No Transcript)
28
(No Transcript)
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Les Antennes HST formation de SSC (Super Star
Clusters)
Les Antennes, HI Contours obtenus au VLA BVR
colors
30
Splash de gaz interstellaire
Messier 81, Messier 82, NGC 3077
HI
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Reconstitution de l interaction
Rapport de masse faible, de lordre de qq
Plusieurs passages depuis la formation du Groupe
Local
Les Nuages avancent devant
Contraintes sur la masse de la Voie Lactée
V 200 km/s
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Le Courant Magellanique
Détecté en hydrogène atomique HI à 21cm de
longueur d onde Autant de masse de gaz dans le
courant que dans le Petit Nuage SMC Le gaz doit
avoir été aspiré du Petit Nuage, selon les
simulations
Putman et al 98
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Nuages à grande vitesse tombant sur la Galaxie
Origine encore inconnue
Leur masse dépend de leur distance Résidus de la
formation du Groupe Local? --gt très massifs Ou
juste chute des Nuages de Magellan?
Origines multiples
Aussi, effet fontaine après formation
de supernovae..
Wakker et al 99
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Interaction avec Andromède
La galaxie la plus massive du Groupe Local,
comparable à la Voie Lactée, n est qu à 700
kpc Elle se dirige vers nous à 300km/s
Sur la base de sa vitesse radiale, le temps
d approche est de 2 Gyr Mais sa vitesse
tangentielle est inconnue Bientôt des mouvements
propres avec le satellite GAIA
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Simulations de la rencontre avec M31
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Simulations numériques La longueur des queues de
marée contraint la quantité de matière noire et
surtout sa concentration
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Ensemble de fusions de galaxies (Hibbard)
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Galaxies en anneau
Lorsque la collision est de plein fouet, les
deux bras spiraux s'enroulent en anneau onde de
densité concentriques
39
Les anneaux sont décentrés, et ne peuvent se
confondre avec les anneaux résonants dans les
galaxies barrées De même, un autre phénomène
les anneaux polaires (une fois vus de face..)
40
(No Transcript)
41
(No Transcript)
42
La galaxie dAndromède (M31)
Infra-rouge, satellite Spitzer ? anneaux
Poussières et PAH, anneau interne 40 offset
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Simulationnumérique
N-corps hydro 106 particules 350pc
résolution Une galaxie spirale barrée
initialement Puis collision 210 106
ans Rapport masse 1/13
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Formation des anneaux polaires soit par fusion
de galaxies avec J perpendiculaires Ou par
accrétion de gas dans les parties externes cf
LMC/MW Forme à 3D de la matière noire?
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Formation des Anneaux Polaires
Par accretion? Schweizer et al 83 Reshetnikov et
al 97
Par collision? Bekki 97, 98
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Formation des PRG par collision
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Formation des PRG par accrétion
Bournaud Combes 2003
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Scénario de laccrétion Capable de former des
PR inclinés
Gasstars Gas only NGC
660 contient du gaz Probablement instable par
précession Même si self-gravitant Pas dans le
scénario du merging
NGC 660
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Formation des Elliptiques par fusion
Fusion de spirales de masse comparable ("major
mergers") mais aussi beaucoup de masses plus
petites ("minor mergers") Obstacles le nombre
des amas globulaires, la densité dans l'espace
des phases au centre des E-gal
NGC 7252
50
HI 21cm
Formation de naines de marées (tidal dwarfs)
51
(No Transcript)
52
(No Transcript)
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Coquilles autour de galaxies elliptiques
Phénomène très fréquent, NGC 3923 25
shells jusqu'à 200kpc du centre Alignement
perpendiculairement au grand axe, pour les
galaxies alongées S'enroulent aléatoirement
pour les galaxies rondes en projection
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Mécanisme d  enroulement de phase 
Forme à 3D des galaxies elliptiques? Matière
noire?
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(No Transcript)
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Gaz dans les coquilles?
Jaune star shells Blanc HI Bleu
Radio jets Rouge CO obs
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Formation de trous noirs massifs

• Existence de trous noirs de quelques milliards de
  Msol
• Phénomène de Noyaux Actifs de Galaxies (NAG ou
  AGN)
• Quasars (ou quasi-stars, car objets ponctuels,
  très loin)
• 1000 fois la luminosité de la Voie Lactée
• Galaxies active de Seyfert, LINERS, etc..
• Rendement exceptionnel de l'énergie
  gravitationnelle 10 Mc2

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Astrométrie et mouvements propres au centre
galactique
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Animation du mouvement des étoiles
Film du Max-Planck Institut, Allemagne
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Animation du mouvement des étoiles, dans le
centre de la Voie Lactée
61
(No Transcript)
62
Sursaut Infrarouge du trou noir de la Galaxie
1.7microns, NACO, VLT, 30min, May 2003
63
Disques d'accrétion et Noyaux Actifs
Quelques des galaxies sont des AGN ? 2
possibilités 1-seules de rares galaxies ont des
trous noirs 2-toutes en ont mais la période
active est courte, quelques 10 millions d'années
? Solution 2 est vraie La masse du trou noir
est proportionnelle à la masse du bulbe, 0.2
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Ejection de plasma lobes radio
Cygnus A
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Lobes Radio et Galaxie visible
66
(No Transcript)
67
Trou Noir en rotation origine des Quasars?
68
Microquasars
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Trous noirs binaires

• Une galaxie géante aujourd'hui est le résultat de
  10 fusions
• durant l'âge de l'Univers
• Lorsque deux galaxies fusionnent, leurs trous
  noirs tombent
• au centre par friction dynamique
• Durée de vie du système binaire?
• Effet de fronde d'un troisième trou noir?

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Collision entre deux trous noirs, formation
d'un trou noir binaire
Formation de 4 jets avec deux trous noirs massifs
71
OJ287, courbe de lumière 100 ans
3C75
Cartes VLBI du jet de 1928738 oscillations
dues au moouvement orbital du trou noir
binaire, période 3.2 an
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Galaxies hôtes de quasars
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Histoire de la formation des étoiles
z0 Gallego et al (1995) z lt 1 CFRS data
(Flores et al 99) empty circle Yan et al 99 zgt1
Pettini et al 98, HST
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Simulations numériques
Avec des fluctuations postulées au départ,
gaussiennes, le régime non-linéaire peut-être
suivi
Surtout pour le gaz et les baryons (CDM
facilement prise en compte par des modèles
semi-analytiques, à la Press-Schechter)
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Quasars
Etoiles
Densité des quasars radio (Parkes
flat-spectrum) Les quasars optiques suivent la
même courbe très similaire à l'histoire de la
formation d'étoiles
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Epilogue
Les galaxies sont en pleine évolution Les
disques se forment en premier, et servent à
concentrer la matière, former les bulbes Les
disques se renouvellent sans cesse par accrétion
de gaz externe Les trous noirs massifs se
forment de la même façon que les bulbes --
évolution interne par les barres/spirales, --
externe par les interactions entre
galaxies l'Univers était plus actif autrefois