NGC 1291, les barres internes se bouclent elles aussi !

[AstroChile 222]

En complément d'un article publié dans le numéro 109 d'Astrosurf, voici quelques éléments complémentaires sur NGC 1291

 

Télescope PlaneWave CDK 12,5 sur monture Paramount II avec caméra QHY600M. 
130 x 300 s en L, 15 x 300 s en R, 20 x 300 s en V, 15 x 300 s en B.

NGC 1291 = NGC 1269. Le Nord est en bas, l'Est à droite.
Traitement Siril et Photoshop.

Obstech, Décembre 2020. 

 

NGC 1291 = NGC 1269 (= PGC 12209) est une galaxie située dans la constellation de l'Eridan (Eridanus). Cette constellation de l'hémisphère austral doit son nom au fleuve de la mythologie grecque, dont l’origine était alternativement considérée comme liée au Pô (pour les Romains), au Rhône (pour Eschile), au Rhin (pour Hérodote) ou au Nil (pour Diodore et Théon d'Alexandrie), comme le fait d’ailleurs évoquer cette comparaison :

 

Comparaison entre la constellation et les fleuves Nil, Rhin et Rhôine d’après une idée d'Alice-Astro sur Wikimedia.

 

Située à environ 30 millions d'années-lumière, NGC 1291 a été découverte le 2 septembre 1826 par James Dunlop et fut plus tard inscrite au New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars par Johan Ludvig Emil Dreyer sous la référence NGC 1291, qui l’a décrivit comme un "amas globulaire, très brillant, assez grand, rond, beaucoup plus lumineux au milieu, extrêmement marbré mais non résolu ". John Herschel l’observa à son tour en 1836 et l'inscrivit à son tour dans le Nouveau Catalogue Général sous la référence NGC 1269, sans réaliser qu'il s'agissait d'un doublon.

 

Avec sa structure annulaire externe et sa barre interne de morphologie inhabituelle, elle a été utilisée par Gérard de Vaucouleurs dans son Atlas des Galaxies comme galaxie morphologique type de (R)SAB(l)0/a, ce qui signifie qu’il s’agit d’une spirale barrée annulaire. Son anneau est souvent mentionné comme « atypique », mais en fait, environ un cinquième des galaxies à disques en spirale comprennent un motif en forme d'anneau dans la distribution de leur lumière, et un tiers supplémentaire ont des anneaux brisés ou partiels (pseudo-anneaux) constitués de bras en spirale. Ces anneaux sont le plus souvent associés à des barres ou à d’autres perturbations courantes non axisymétriques (telles que les formes en ovale). Les données photométriques montrent que la plupart de ces anneaux sont des sites actifs de formations d'étoiles et que dans certaines galaxies, l’anneau est même le seul endroit où une formation d'étoiles récente est observable. Certains anneaux sont d’ailleurs les sites de sursauts de formations d’étoiles les plus « spectaculaires » connus dans les galaxies en interaction « non violente ».

 

Bien qu'une petite fraction des anneaux observés puisse être due à des collisions et/ou à des fusions de galaxies ou à de l'accrétion de gaz intergalactique, la vaste majorité des anneaux sont probablement de simples phénomènes de résonance, provoqués par l'action d'une barre rotative ou d'une autre perturbation non axisymétrique sur les mouvements des nuages de gaz dans le disque, conséquences naturelle de la dynamique des galaxies barrées (ils sont d’ailleurs plus faciles à modéliser que les barres et les ovales qui les ont sans doute créés). Je laisse d’ailleurs à votre réflexion l’existence de problèmes intéressants tels que l'absence d'anneaux dans certaines galaxies barrées ou l'existence simultanée de différents types d'anneaux avec des échelles de temps très différentes dans la même galaxie.

 

Mais nous reviendrons dans le futur sur les anneaux et nous allons nous focaliser sur la barre de NGC 1291, ou pour être plus précis, sur « ses » barres, car comme notre « première » cible NGC 1365, NGC 1291 présente en réalité deux barres…

 

En 1975, de Vaucouleurs décrivait une « rareté » au centre de NGC 1291 : pour la première fois, il était détecté une barre interne qui suivait ce motif « lentille-barre-noyau » qui caractérise les barres externes (ou « principales ». Toutefois, comme nous l’avons vu avec NGC 1365 les barres dans les barres sont en fait loin d’être une bizarrerie, deux publications de 2004 et 2015 suggérant même que ∼30% de toutes les galaxies barrées hébergent une barre interne (Erwin 2004, 2011; Buta et al.2015). Cela dit, l'importance des barres internes ne se limite pas à leur forte incidence : elles sont considérées comme un mécanisme efficace de transport du gaz vers les régions centrales de la galaxie, alimentant les noyaux galactiques actifs et affectant la formation de nouvelles structures stellaires. Or peu d’images d’amateurs s’arrêtent sur ces barres. Peut-être certains d’entre vous l’avaient remarqué, mais on la voit sur l’image de Laurent et Michel; il s’agit de la portion centrale de la barre qui a presque l’air saturée.

 

Cela étant, 40 ans après la description de de Vaucouleurs, on sait toujours peu de choses sur l'origine des barres internes.

 

Les scénarios actuels conduisant à la formation d'une barre stellaire interne comprennent :

 

- un afflux de gaz à travers la barre externe induisant la formation d'une barre gazeuse interne qui forme ensuite des étoiles ;

- ou un afflux de gaz à travers la barre externe, créant un disque stellaire interne qui devient d’abord dynamiquement froid puis qui forme une barre stellaire interne. Ce dernier scénario a également été élaboré dans des simulations sans dissipation, où un disque interne stellaire dynamiquement froid est imposé au début de la simulation.

 

Outre leur origine différente, la différence la plus frappante entre ces deux classes de modèles est le devenir de la barre interne : dans le premier type de modèles, les barres sont de courte durée et se dissipent après quelques rotations de galaxies alors que dans les modèles du second type les barres s’avèrent aussi avoir une vie courte mais en raison de l'effet destructeur de la concentration de masse centrale (cf. là encore NGC 1365 https://www.ciel-de-nuit.com/catalogue/ngc-1365), bien que dans les simulations plus récentes de ces modèles, les barres internes puissent perdurer dans le temps (Wozniak, 2015).

 

Concernant les barres, on a vu dans l’introduction de NGC 1365 qu’elles présentaient, en fonction de leurs familles d’orbites, des formes en « boite » ou en « cacahuète ».

 

L’apparition de structures « en boite » ou « en cacahuète » au sein des barres traduit une étape cruciale de leur développement, qui correspond à une phase où elles bouclent, autrement dit, le moment où la région centrale de la barre se développe dans le sens vertical. Cette phase se produit généralement après que la barre se soit complètement formée et dure environ 1 à 2 milliards d’années ou au final, la région centrale présentera alors une structure en boîte / en cacahuète aussi appelée Box / Peanut Structure (B/P), pouvant aller jusqu’à une forme en « X » comme le montre l’image ci-dessous de NGC 128 :

 

Adam Block/Mount Lemmon SkyCenter/University of Arizona

 

Les catalogues d’étoiles tels VISTA puis GAIA ont d’ailleurs permis de montrer que la région centrale de notre propre galaxie présentait cette forme de cacahuète au sein d'une barre très allongée, cet aspect étant caractéristique des galaxies barrées qui se sont développées à partir d'un disque d'étoiles pur.

 

Si les structures B / P sont facilement reconnaissables au sein des galaxies vues sur la tranche, avec leur forme caractéristique qui se détache du plan du disque, la détection des structures B / P dans les galaxies à faible inclinaison est une tâche beaucoup plus difficile en raison des effets de projection.

 

Une méthode élégante consiste à démontrer la détection de doubles minimas symétriques du moment Gauss – Hermite du quatrième ordre (h4) de la distribution de vitesse en ligne de visée (LOSVD) le long du grand axe de la barre. Si si. Je vais revenir en détail sur ce point mais ce qu’il faut comprendre, c’est que c’est par cette méthode que les auteurs ont mis en évidence pour la première fois une structure B / P au sein d’une barre interne d'une galaxie à double barre vue de face (car des structures B/P doubles avaient déjà été observées dans des galaxies vues sur la tranche, cf. Ciambur & Graham 2016)

 

Un schéma valant mille explications, voici de quoi il retourne dans le cadre de NGC 1291 :

 

 

Sur cette image, on voit à gauche NGC 1291 imagée à 3.6 µm par S4G (Spitzer Survey of Stellar Structures in Galaxies) et le champ de l’image sur laquelle s’appuie l’équipe, obtenue grâce à au spectroscope MUSE. Le carré bleu est un champ de 1 arcmin x 1 arcmin.  A droite, l’image du dessus est un zoom dans l’image, et celle du bas, une image de contours photométriques afin de mieux mettre en évidence les structures de la barre interne.

 

On comprend déjà mieux que la première limite à ce genre d’étude est la résolution spatiale.

 

Sur les images ci-dessous, on peut voir en haut, les cartes cinématiques stellaires et en bas les profils radiaux avec, de gauche à droite, les vélocités, les dispersions de vélocités et les moments h3, et h4 (Le moment d'ordre 3 permet le calcul du coefficient d'asymétrie et celui d'ordre 4 permet le calcul du coefficient d'aplatissement). Les profils radiaux du bas sont extraits de pseudo-fentes de 2 arcsecs dessinées sur les cartes du haut à la fois sur l’axe principal de la barre interne et sur l’axe principal de la galaxie. Les positions des minimas des moments du 4ème ordre h4 sont montrés par les lignes en pointillés en bas à droite. Le Nord est en haut et l’Est à gauche.

 

 

La faisabilité de la mise en évidence par « diagnostic cinématique » des bulbes en forme de cacahuète dans les galaxies vues (presque) de face avait été démontrée par Debattista et al. en 2005. Ce diagnostic se fonde sur le fait que les « bulbes en cacahuète » sont associés à une distribution de densité plane dans le sens vertical ; or la signature cinématique correspondant à une telle distribution est un minimum dans le moment de Gauss-Hermite du quatrième ordre (h4). Je vous laisse lire la publication de Debattista et al. de 2005 référencées ci-dessous pour toute information complémentaire. Mais les auteurs avaient pointé du doigt les difficultés technologiques pour arriver à ce genre de résultat, et il a fallu effectivement toute la puissance d’ALMA pour y parvenir.

 

En termes scientifiques, la présence d'une structure B / P dans la barre interne de NGC 1291 impose des contraintes clés sur l'origine et l'évolution des galaxies à double barre.

 

En langage courant, cela veut dire que la mise en évidence de cette structure en cacahuète au sein d’une barre interne montre que, indépendamment qu’elles soient internes ou externes, la formation des barres est marquée par la même dynamique, avec un développement dans le sens vertical (qui correspond à ce moment où elles  « bouclent »).

 

La première « contrainte » est que si les barres internes développent des structures verticales telles que les structures B / P, c’est donc qu'elles « souffrent » d'instabilités verticales exactement comme les barres externes au sein desquelles ces structures B/P ont été largement étudiées. La découverte d’une forme en cacahuète à travers les données observationnelles et dynamiques de la barre interne de NGC 1291 est donc extrêmement important car cela indique que les barres internes « «imitent » l'évolution des barres externes et qu’elles présentent donc une - et probablement plusieurs - phases de boucle. Mais, comme le rappelle les auteurs, ceci est à confirmer par des simulations numériques. Deuxièmement, la présence d'une structure B / P introduit une contrainte de synchronisation sur la formation de la barre interne. Bien que dans les simulations, les échelles de temps de formation des barres et des structures B / P dépendent des caractéristiques spécifiques des simulations numériques telles que la fraction de gaz, la forme du halo et la dominance du bulbe, la chronologie globale inclue d’abord la formation de la barre elle-même (∼1 milliard d’années) puis la formation consécutive de la structure B / P due à la première phase de boucle (∼1 milliard d’années). En supposant que les échelles de temps évolutives des barres interne et externe soient similaires, la barre interne de NGC 1291 présenterait donc un âge d'au moins ∼2 milliards d’années, ce qui est plus long que la durée de vie attendue pour les barres internes dans bon nombre de simulations. De nouvelles simulations de galaxies à double barre montrant la formation de la structure B / P sont donc nécessaires pour mieux comprendre leur évolution dans le temps. Un argument « indépendant » en faveur de la durabilité des barres internes est l'âge des populations stellaires présentes dans les parties centrales de NGC 1291, qui s'avère être de l’ordre de 6 à 7 milliards d’années.

 

Mais comme vous avez pu le voir dans le numéro 109 d’astrosurf magazine, il y a deux petits objets particulièrement intéressants dans ce champ !

 

 

Pour ces deux là, nous vous renvoyons à la lecture du magazine, le post étant déjà assez chargé

 

 

 

Sources :

 

Inner bars also buckle. The MUSE TIMER view of the double-barred galaxy NGC 1291. J. Mendez-Abreu, A. de Lorenzo-Caceres, D. A. Gadotti, F. Fragkoudi, G. van de Ven , J. Falcon-Barroso, R. Leaman, I. Perez, M. Querejeta, P. Sanchez-Blazquez & M. Seidel.MNRAS 482, L118–L122 (2019)

 

Double-barred galaxies I. A catalog of barred galaxies with stellar secondary bars and inner disks. Peter Erwin. A&A 415, 941–957 (2004)

 

A classical morphological analysis of galaxies in the spitzer survey of stellar structure in galaxies (S4G). R. J. Buta, K. Sheth, E. Athanassoula, A. Bosma, J. H. Knapen, E. Laurikainen, H. Salo, D. Elmegreen, L. C. Ho, D. Zaritsky, H. Courtois, J. L. Hinz, J.-C.Muñoz-Mateos, T. Kim, M. W. Regan, D. A. Gadotti, A. Gil de Paz, J. Laine, K. Menéndez-Delmestre, S. Comerón, S. Erroz Ferrer, . Seibert, T. Mizusawa, B. Holwerda and B. F. Madore. The Astrophysical Journal Supplement Series, 217:32 (46pp), 2015 April

 

The Kinematic Signature of Face-on Peanut-shaped Bulges. V. P. Debattista, C. M. Carollo, L. Mayer & B. Moore. The Astrophysical Journal, Volume 628, Number 2

 

 

 

Full stellar kinematical profiles of central parts of nearby galaxies. A. Vudragovic, S. Samurovi c, and M. Jovanovic. A&A. 593, A40 (2016)

 

Quantifying the (X/peanut)-shaped structure in edge-on disc galaxies: length, strength, and nested peanuts. B. C. Ciambur & A. W. Graham. MNRAS 459, 1276–1292 (2016)

 

 

Séquence souvenirs ...

 

NGC 1291 vue par le télescope Schmidt de 1.2m de l'Observatoire Royal d'Edimbourg

à Siding Spring en 1979 (plaque IIIa-J)

 

 

 

 

@JB Gayet et @Jean-Philippe Cazard

[st2phane 768]

Bonjour,

Sublime image, comme toujours, et j adore le traitement informatif du sujet.

Merci et bravo l’équipe.

Stéphane 

 

[candrzej 2 785]

Merci pour le partage, trés belle image de cette particulière galaxie Australe

 

juste une remarque au niveau des couleurs, on perçoit un faiblerésidu vert, surtout au niveau des étoiles brillantes, mais facile a enlever

 

@+
Christian

Modifié 22 mars 2021 par candrzej

[penn 20 253]

Une pépite galactique de toute beauté   et les explications exhaustives qui vont bien, 

Merci et bravo ! 

[ALAING 59 369]

Merci pour ces images et toute la documentation qui complète bien Astrosurf mag

Bonne journée,

AG

[savoyard 3 978]

Merci pour cette image et toute la littérature fort intéressante.

Ce qui me sidère à chaque fois, ce sont les progrès accomplis en matière d'imagerie en à peine 40 ans, c'est à dire pas grand chose...Ton image est infiniment plus détaillée et résolue que celle prise avec un instrument 16 x plus puissant  Vive le numérique

[Malik 1 131]

C'est juste splendide !

Bravo à vous deux 

[Sauveur 27 213]

Superbe 

[messier63 5 122]

Quelle profondeur! (idem pour la remarque avec un poil trop de vert )

jérôme

[Christophe H 6 453]

De très belle prises, bravo.

[exaxe17 5 845]

superbe la photo!

et ce n'est qu'un complement d'article!

[polo0258 38 745]

 bravo et très intéressant !

 polo

[JB Gayet 1 593]

Merci à tous pour vos message  Et oui, ce n'est qu'un complément d'article, mais je suis bridé par @Jean-Philippe Cazard :))

 

Effectivement, la partie la plus sexy se trouve là : 

 

 

 

 

Pour le vert, je reconnais que je ne le vois pas, mais on va se repencher dessus  

 

[fljb67 6 454]

Très belle prise. ^^

[idir 439]

Superbe travail ! 

Très riches en explication ! 

Vraiment bravo ! 

[XavS 4 533]

Bravo Messieurs Je me coucherai moins bête aujourd'hui Les images sont superbes

 

XavS

[Bruno 17 897]

Superbe image d'une magnifique galaxie complétée de toutes les infos !

Merci.

[danielo 5 951]

très très impressionnant bravo à vous !

[Nathanael 6 862]

Étrange galaxie en effet, avec son anneau!

Et vos images sont de plus en plus documentées!

Nathanaël