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apricot

Courbe de rotation d'une galaxie

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Bonjour,

 

Les spectres des galaxies à noyaux actifs sont très intéressants, car avec leurs raies en émission intenses on peut extraire des informations comme la rotation de la galaxie et sa masse. M77 est une grande classique dans la famille des galaxies à noyau actif, et c’est sur elle que Vesto Slipher a découvert en 1914 le décalage Doppler des raies qui indiquait une rotation. Voici donc le spectre du bulbe de M77, avec un Newton 200 spectro Alpy et CCD 314, 5x900 sec, sous un ciel Pyrénéen https://i.servimg.com/u/f88/18/20/28/03/scope10.jpg

 

 

image.png.3d604b286970fd636ae9932ce4669d22.png

 

On identifie les raies de Balmer de l’hydrogène, et des raies interdites [OIII] et [SII]. On mesure facilement leur redshift ; on trouve z=0.00382 (les pros ont 0.00381, donc notre mesure est pas mal). Avec la relation de Hubble Lemaitre, on détermine la distance D = z x c / H0 = 16 méga parsec.

(détails des mesures : https://i.servimg.com/u/f88/18/20/28/03/z10.png )

 

En regardant le spectre 2D on peut remarquer que les raies en émission sur la fente de part et d’autre du bulbe sont décalées…:

 

image.png.ff64cf67d544f6108d3c8709dd621f3f.png

(ici zoom 300% de la raie Ha / [NII])

 

On devine ce décalage sur d’autres raies en émission sur le spectre 2D : https://i.servimg.com/u/f88/18/20/28/03/spectr10.png

 

On observe donc la rotation de la galaxie !

 

image.png.694e07f1e754cda0a8b161348d87a532.png

 

Avec ce décalage, on peut mesurer la vitesse de rotation de la galaxie. Mieux encore, on peut mesurer cette vitesse le long de plusieurs positions sur la fente du spectro. J’avais positionné la fente sur le cœur de la galaxie. On peut donc obtenir la vitesse de rotation à une distance d du cœur. Donc on pourra tracer la courbe de rotation de la galaxie .. ! On s’assied ici sur les épaules de la géante Véra Rubin : https://i.servimg.com/u/f88/18/20/28/03/rubin10.png

 

J’ai extrait un spectre tout le long de la fente tous les 3 pixels, intégrés sur 3 pixels, 23 spectres traités en tout :

 

image.png.512af4f07ebc7a5fc6ef3aeb5765d71e.png

image.png.1d55821b843deb0c6a17df4f21c24be2.png

 

On mesure sur chaque spectre les positions des raies H [OIII] et [SII] pour chaque position le long de la fente et on construit un tableau :

 

tablea10.png

 

Comme on a la distance D=16 Mpc et on connait l’échantillonnage des pixels de la caméra, on calcule facilement que chaque pixel le long de la fente = 0.11 kpc à la distance de M77. (détail du calcul : https://i.servimg.com/u/f88/18/20/28/03/kpc_au10.png)

 

Et voila la courbe de rotation de M77 :

 

m77_cu12.png

 

(les barres d’erreurs sont calculées avec l'erreur standard pour chaque point en fonction des différentes raies identifiées/mesurées)

 

Vu la symétrie, on peut tracer la courbe de vitesse de rotation en fonction de la distance en valeur absolue :

 

m77-ab10.jpg

 

Ce résultat se compare très bien à des courbes de rotation publiées par des pros. Par exemple http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1982A%26A...112..361G/0000363.000.html

 

annota10.jpg

 

 

On voit que la vitesse augmente avec la distance puis semble s’aplatir sans diminuer. Ce n'est donc pas une courbe "Képlérienne" d'une masse centrale qui gouverne la rotation du système. Pour autant que je sache c'est la première fois qu'un amateur fait cette manip ? donc ça serait bien de répéter sur d'autres galaxies, et d'obtenir des vitesses plus loin du centre avec un télescope plus conséquent et un temps de pose ++, mais … on aperçoit déjà la matière noire !

 
Bon ciel,
Jean-Philippe

 

 

 

 

image.png

image.png

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Edited by apricot
typos
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C'est vraiment une manip au sommet !

Bravo

 

Je pensais qu'il fallait un diamètre de 400 à minima

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Génial !!

Et ça marcherait en ce moment sur M33 vue de face ?

Ou sur la galaxie du Sculpteur NGC 253  plus par la tranche en posant plus longtemps ?

Et en attendant le printemps prochain sur M104 l'avez-vous essayé ?

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On mesure une vitesse radiale le long de la ligne de visée, donc on ne pourra pas mesurer la rotation d'une galaxie vue de face.

J'aimerais bien tester la manip sur M104, en utilisant les nombreuses raies en absorption. Ca sera plus facile avec une galaxie active présentant des raies en émission avec plus de signal. M77 est idéale pour cela. M66 et NGC 253 sont de bonnes cibles.

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M77 est idéale, j'ai fait cela il y a bien longtemps (30 ans) en argentique avec mon spectro à prisme maison

il faudrait savoir où j'ai mis le cliché N&B ....

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Le 15/09/2020 à 21:24, apricot a dit :

Vu la symétrie, on peut tracer la courbe

Super manip.

Ici Tu parles de la symétrie de la galaxie, pour prendre en compte son inclinaison c'est ça ? 

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Le 18/09/2020 à 09:58, MARCOPOLE a dit :

M77 est idéale, j'ai fait cela il y a bien longtemps (30 ans) en argentique avec mon spectro à prisme maison

il faudrait savoir où j'ai mis le cliché N&B

 

Avec l'Alpy et une CCD M77 est facile à observer, mais alors en argentique, Chapeau ! Si vous mettez la main dessus ne manquez pas de partager ;)

 

Il y a 23 heures, PlanetTracker a dit :

Tu parles de la symétrie de la galaxie, pour prendre en compte son inclinaison c'est ça ? 

 

Je n'ai pas pris en compte l'inclinaison de la galaxie (ça ne changerai pas la forme de la courbe, ce qui était l’objectif). On voit  que les vitesses de rotation de part et d'autre du coeur sont très similaire, d’où la symétrie.

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Aaaahhhh, suuuuper! Tres tres belle manip. Tres beau resultat bien en accord avec les mesures pros. Voila comment j'aime l'astro amateur. Je pense que ça vaut le coup d'essayer sur d'autres galaxies pour comparer les resultats. Je jvais mettre ça dans ma liste de projets.

 

Bravo Jean-Philippe .

 

Arnaud

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