Rotation de M77 en spectro

[OlivierG 782]

Une des nombreuses cibles du stage spectro à l'OHP de cet été était de faire le spectre de M77

Facile à faire comme cible en basse résolution, car la magnitude de cette  galaxie est de l'ordre de mag. V=9 (mais on peut tenter l'expérience en haute résolution en centrant la plage en longueur d'onde sur H Alpha).

 

On positionne donc la galaxie sur la fente du spectro (ici un LISA sur un C14 à F/6.5, donc avec un réducteur de focale CCDT67 Astro-physics)

 

 

Puis on pose...  ici il y a juste 3 poses de 900s et on obtient ce spectre brut

 

 

On constate que les raies en émissions de cette galaxie de Seyfert ne sont pas verticales mais inclinées, on met en évidence ici la rotation de la galaxie sur elle même.

Voici le spectre traité qui montre les divers raies classiques d'une galaxie de Seyfert (spectre réalisé sur le noyau de M77)

 

 

Et maintenant si l'on prend d'autres zones du spectre : centré sur le noyau, le bras coté gauche et le bras coté droit, on a ce genre de spectre dans la région de H Alpha [N II] et [S II]

 

 

Ce que l'on constate également c'est que le spectre du noyau de la galaxie est bien différent des bras de cette même galaxie : les raies du noyau sont beaucoup plus larges et traduisent un disque de matière en rotation rapide autour du trou noir au centre de la galaxie. (le disque d'accrétion autour du trou noir)  Mais sur les bras, on a des raies beaucoup plus étroites qui ne tourne pas à la même vitesse.

 

Et sur les 2 bras, le décalage est bien présent (les divers spectres ont été au préalable recalé sur la raie [O I] 5577,35 de la haute atmosphère terrestre donc une référence présente dans le spectre en lui même donc fiable et  sans dérive.

 

J'ai pas encore fait le calcul précis des vitesses des bras en fonction de la distance du noyau galactique mais l'ordre d'idée du décalage Doppler observé est de l'ordre de 200 km/s pour la rotation des bras (en fait la vitesse selon l'angle d'inclinaison de cette galaxie V.sin i).

 

Connaissant également l'échantillonage sur le capteur d'autoguidage et donc également du spectre, on peut déterminer les variations de vitesses en fonction de l'éloignement depuis le noyau de la galaxie (c'est long à faire mais je vais bien sur le faire...)

Modifié 1 septembre 2023 par OlivierG

[artemis 2 940]

Excellente manip Olivier !!

 

Xavier

[lionello 309]

Le 01/09/2023 à 17:00, OlivierG a dit :

Connaissant également l'échantillonage sur le capteur d'autoguidage et donc également du spectre, on peut déterminer les variations de vitesses en fonction de l'éloignement depuis le noyau de la galaxie (c'est long à faire mais je vais bien sur le faire...)

 

On attend le résultat avec impatience ! 

[apricot 1 431]

La courbe de rotation de M77 a marché avec un alpy sur un T200, donc ça devrait le faire sur tes spectres

Jean-Philippe 

[Vincent_L 548]

Il y a 1 heure, apricot a dit :

La courbe de rotation de M77 a marché avec un alpy sur un T200, donc ça devrait le faire sur tes spectres

à ce sujet, il existe d'autres exemples de courbes de rotation autre que M77 ?

[OlivierG 782]

 

@Vincent_L

Sur M77 je ne sait pas mais il y a de nombreuses publications qui montrent des graphes de vitesse de rotation en fonction de la distance par rapport au centre de la galaxie comme :

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/velcurv.html

 

ou

 

https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2016/galactic-rotation-curves-revisited-surprise-dark-matter/

 

Et que l'on peut a travers ce genre de graphes montrer l'influence de la matière noir sur cette vitesse dés lors que l'on s'écarte du centre de la galaxie.

[apricot 1 431]

Il y a 5 heures, Vincent_L a dit :

à ce sujet, il existe d'autres exemples de courbes de rotation autre que M77 ?

 

Au niveau amateur, outre M77 j'ai testé la manip sur NGC3079 (une Seyfert) :

http://www.astrosurf.com/topic/161391-courbe-de-rotation-de-la-galaxie-ngc3079/

 

Ca pourrait aussi bien marcher avec des galaxies Liners qui montrent quelques raies en émission, ou avec de nombreuses régions HII , comme M66:

https://www.webastro.net/forums/topic/153178-rotation-dune-galaxie-m66-au-pic-du-midi/

 

Avec des galaxies qui ne montrent que des raies en absorption, le rapport signal/bruit est moins favorable qu’avec des raies en émission. Dans ce cas je pense que c'est ok pour mettre en évidence la rotation de part et d'autre du noyau, et mesurer la vitesse, mais plus difficile de faire une courbe en fonction de R au noyau. Par exemple essai sur M104 :

http://www.astrosurf.com/topic/154085-la-rotation-du-sombrero/

 

Jean-Philippe

 

[OlivierG 782]

J’ai pu faire quelques mesures sur le spectre que l’on a fait avec Stéphane Charbonnel durant le stage spectro à l’OHP

 

Voici le spectre brut (moyenne de 3 poses de 900s)

 

 

et j’ai ensuite réalisé le process d'une vingtaine de spectres en partant du noyau de la galaxie et en déplaçant la zone de binning de 3 pixels par 3 pixels, vers le haut puis vers le bas afin de couvrir une zone en pixels total de l’ordre de 80 pixels. Au-delà, il y avait trop de bruit pour réaliser une mesure de position de raie.

 

Chaque spectre est bien sur corrigé de la vitesse heliocentrique au moment des acquisitions qui était de 28,3 km/s et pour parfaire la calibration en longueur d’onde, j’ai recalé chaque spectre sur la raie [O I] 5577,35Å que l’on voie sur l’image au dessus (la raie de aurorale de l’atmosphère terrestre).

 

Puis j’ai calculé le redshift du  noyau galactique, puis des autres points de mesures, en retranchant la valeur du redshift du noyau, ce qui donne la vitesse des bras de la galaxie selon la ligne de visée et la position de la fente sur la galaxie. (V.Sin i)

 

Ce qui donne ce tableau

 

 

Ce que l’on constate sur ce graphe :

 

- une reltaive stabilité de la vitesse de rotation qui reste constante dés que l’on s’écarte du centre galactique. La on arrive à mettre en évidence la présence de matière sombre qui contient les vitesses dans un système non Képlérien.

 

- Un pic de vitesse qui va dans l’autre sens que la rotation de la galaxie dans le bras gauche de celle ci que je m’explique pas trop même si j’ai lu des publications qui montrent que le disque d’acrétion autour du trou noir tourne en sens inverse des bras dans le cas de M77. Peut être que cette vitesse du disque influe sur la vitesse de rotation du bras gauche à quelques pixels du cente galactique.

 

Ou il peut y avoir une erreur sur la position exacte du centre de la galaxie que j’ai prie en référence et qui peut être tout simplement décalé de quelques pixels par rapport à ce que j’ai pris comme référence comme étant le centre.

 

Je vais essayer d’améliorer mes résultats déjà en calibrant l’axe des x en Mega parsec, puis en corrigeant également les vitesses selon l’inclinaison de la galaxie dans l’axe de visé.

 

 

Modifié 7 septembre 2023 par OlivierG

[apricot 1 431]

Super résultat Olivier !

 

J'avais aussi noté cette apparente inversion de rotation au coeur de M77 (ci dessous). Mais est-ce réel ? Les barres d'erreur se superposent presque (estimées avec la dispersion des mesures des différentes raies en émission). Et comme tu le note ce n'est pas évident que la fente passe pile par le noyau, ce qui introduit une erreur géométrique. Et il peu y avoir des régions HII de M77 dans la ligne de visée du coeur avec leur propre cinématique. Par contre le disque d'accrétion du trou noir est beaucoup trop petit pour que tu puisses le résoudre le long de la fente, non ?

 

Jean-Philippe

 

La courbe que j'avais obtenu avec un Alpy sur un Newton 200:

 

[Astro_trop 9]

Rotation de NGC 7331 avec la raie Halpha, voir

Distance NGC 7331-Traverse-BD AS mail 2022 01 14.pdf

 

[OlivierG 782]

@apricot Merci pour ta courbe, cela m'incite à penser qu'avec 2 observateurs différents, on obtient pratiquement la même courbe, ce qui montre que nos 2 mesures sont similaires. il faut que je calibre l'axe des x en K pc comme tu l'as fait.

 

Effectivement il est difficile de bien sélectionner dans la zone de binning le centre réel de cette galaxie,. j'ai refait des essais en réduisant la luminosité du spectre et je me suis aperçu que j'étais pas très bien aligné à 2 pixels prés par rapport au centre réel, d'ou la différence que je note sur mon graphe. Après il y  a aussi l'orientation de la fente par rapport au demi grand axe de la galaxie ou dans mon cas je n'ai pas orienté spécialement le spectro pour cela.

 

Je suis bien d'accord que l'on ne peut pas voir le décalage spectral du disque d'accrétion mais plutôt une largeur de raies plus importantes qu'à la périphérie de la galaxie ou d'ailleurs la largeur de la raie H Alpha indique la vitesse de rotation du disque d'accrétion autour du trou noir.

En tout cas merci pour ton tableau de mesure.

[OlivierG 782]

Je viens de trouver une publication qui  semble confirmer nos observations 

https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0211113.pdf

 

 

[Alef 2 514]

Est ce que vous tenez en compte le v sin.i, la galaxie M77 est inclinée de 34.7 degrées : https://leda.univ-lyon1.fr/ledacat.cgi?o=m77

[OlivierG 782]

@Alefnon, ici les vitesse sont en v.sin i car je voulais définir mois même l'inclinaison de cette galaxie, mais c'est pas simple même en modélisant une ellipse.

 

J'ai gradué l'axes des X de mon graphe en Kiloparsec et j'avais une résolution de l'ordre de 0,076 Kpc/pixel et j'ai aussi amélioré la détermination du centre réel de la galaxie, ce qui se jour ici à 1 pixel pré voir moins....

 

 

 

L'incertitude sur chaque point de mesure est de l'ordre de 30 km/s et pour chaque point de la courbe, j'ai pris les positions de 5 raies du coté de H alpha : les 2 raies [N II], H alpha et les 2 raies [S II], puis j'ai fait la moyenne des Z de chaque raie. La résolution spectrale est de l'ordre de R=800.

Modifié 9 septembre 2023 par OlivierG

[OlivierG 782]

En regardant la courbe publiée par @apricot, donc avec mon observations, 2 observations indépendantes, on obtient des courbes similaires qui semblent montrer une inversion du sens de rotation pour la partie la plus proche du noyau par rapport aux bras de la galaxie.

 

Si une 3ème observation pouvait confirmer/infirmer cela se serait super !!!

 

Il y a bien quelques lors du stage OHP de cet été qui a fait la même cible qui faisait partie du programme du stage ?

Modifié 12 septembre 2023 par OlivierG

[cbuil 3 483]

Ce qui compte ici est à la fois la résolution spectrale, mais aussi la résolution angulaire, et donc avoir un noyau bien centré et un peu résolu.

 

J'ai dans mes archives encore à dépouiller :

 

- une observation faire à l'OHP avec Star'Ex équipé d'un réseau de 600 t/mm (donc résolution un peu supérieure) mais avec seulement 750 mm de focale.

 

- une observation faite à mon retour sur Antibes effectuée sur mon RC10 donc 2 mètres de focale, et un Star'Ex 300 t/mm (longue pose).

 

- une observation, toujours sur le RC10,  mais en haute résolution Star'Ex (R=18000) de la région centrale de M77, surement la plus prometteuse parmi les miennes.

 

Je m'attaque à cette analyse !

 

Je viens de mettre un spectre de rotation de NGC7331 fait il y a 3 nuits sur ce fil : 

 

On est tous sur le galaxies en ce moment !

 

Christian

 

 

 

 

[apricot 1 431]

Les galaxies en spectro c'est top.

 

Quand on y pense, mettre en évidence leur vitesse de rotation, de récession (donc pour les plus lointaines un indice de l'expansion de l'univers), leur composition (étoiles jeunes/âgées, régions HII, accrétions d'un trou noir supermassif central).

 

En lisant l'observation de Christian sur NGC7331, je me dis qu'on a tous envie de "voir" la matière noire avec la courbe qui n'est pas Keplerienne quand on s'éloigne du bulbe. Mais il faut faire attention de ne pas s'enflammer trop vite... avec nos petits instrument amateurs on ne va pas assez loin, la courbe qu'on obtient est encore compatible avec l'addition d'un bulbe et d'un disque galactique. Pour aller au delà de 10-20 kpc du coeur, idéalement là ou on ne détecte plus de matière visible, il faut des grands télescopes, ou mieux, la radioastro HI.

 

(courbe de rotation observée de la voie lactée et modélisation des courbes de rotation avec les différentes composantes galactiques)

 

Mais avec nos données amateurs, on peut peser les galaxies.. M = R V² /G.

C'est énorme quand on y pense, de peser aussi facilement les plus grands objets observables ! Un joli TP pour les jeunes Avec les courbes qu'on a de M77 dans les messages au dessus, on est à environ 2x10E10 masses solaires dans un rayon de 3 kpc, ce qui n'est pas déconnant par rapport aux bouquins d'astro.

 

Christian, je suis curieux de voir si tu vois aussi l'inversion de vitesse dans le bulbe de M77...

 

Jean-Philippe

[PerrouriefhCedric 4 122]

Bravo, quel travail !

[cbuil 3 483]

Ma propre analyse de la rotation de la galaxie M77, mais en haute résolution spectrale (R = 18000 environ).

 

En effet, la partie interne de la galaxie est suffisamment intense pour tenter une telle observation en haute résolution spectrale. C'est ce que j'ai fait avec un Star'Ex HR classique au bout d'un télescope Ritchey-Chretien de 250 mm f/8. C'est une grosse loupe spectrale, d'un facteur 20 à 25 environ par rapport à un spectro basse résolution. On détaille mieux la vitesse des bras, mais en contrepartie, on couvre une distance plus restreinte par rapport au centre de la galaxie.

 

Voici ce que cela donne :

 

 

La raie Halpha au niveau du noyau actif est très large et bien résolu, avec un FWHM d'environ 2150 km/s.

 

Les bras sont bien visibles grâce aux régions HII. L'écart de vitesse entre le mouvement arrière et avant saute au yeux à cette résolution (R=17000 à 18000).

 

On voit des structures dans les bras, avec des vitesses radiales changeantes. La raie Halpha est élargie dans les bras (la finesse spectrale de l'instrument permet de résoudre cet élargissement). La raie de l'azote, et c'est une surprise, n'a  pas le même aspect que dans la raie Halpha. Je ne sais si ce phénomène est connu.

 

Le résultat attendu est l'aspect de la courbe de rotation au centre. L'estime mon incertude à +/-10 km/s. Tous nos résultats sont cohérents avec une vitesse de +/- 150 km/s en vitesse projeté et dans la zone d'observation.

 

Je ne confirme pas la forme en 'S' centrale mise en évidence pas Olivier et Jean-Philippe. Le départ des bras est très brutal en vitesse à l'échelle spatiale de nos images spectrales (on manque de focale). Il apparait que le noyau est si intense en Halpha qu'il supplante très fortement l'intensité des bras au voisinage du centre. Cette forte émission à mon avis perturbe les mesures en basse résolution, mais je n'ai pas une explication précise de la cause.

 

J'ai encore deux spectres à traiter, cette fois fait en basse résolution (Star'Ex LR), l'un fait à l'OHP avec un réseau de 600 t/mm et télescope de 150 mm, et l'autre à Antibes  toujours sur le RC10 et un réseau de 300 t/mm. J'ai posé un peu pour voir les bras à grande distance (mais avec la pollution d'Antibes, et je ne pense pas faire mieux que ce que vous avez obtenu Olivier et Jean-Philippe).

 

Très intéressent en tout cas cette enquête !

 

Christian

Modifié 15 septembre 2023 par cbuil

[artemis 2 940]

Excellent toutes ces études sur M77, et merci Christian pour ton analyse HR... je ne pensais pas tenter car je ne fais pas (encore) de BR...c'est une cible que je vais finalement tenter au DK en HR...

 

Xavier

[OlivierG 782]

Il y a 14 heures, cbuil a dit :

Je ne confirme pas la forme en 'S' centrale mise en évidence pas Olivier et Jean-Philippe. Le départ des bras est très brutal en vitesse à l'échelle spatiale de nos images spectrales (on manque de focale). Il apparait que le noyau est si intense en Halpha qu'il supplante très fortement l'intensité des bras au voisinage du centre. Cette forte émission à mon avis perturbe les mesures en basse résolution, mais je n'ai pas une explication précise de la cause.

@cbuil Merci Christian pour ton analyse en HR et qui montre avec plus de précision coté vitesse, que l'on a effectivement pas cette inversion mais comme tu le dit, au centre de la galaxie et en basse résolution, la raie H Alpha est très intense et peut créer des choses bizarres. Peut être qu'il ne faut pas la prendre dans les calculs et s'orientez vers les raies [S II] ?

Et il faut de la focale pour bien détailler le centre de cette galaxie, j'ai une petite idée pour aller plus loin sur l'analyse spectrale de M77 

Modifié 16 septembre 2023 par OlivierG

[artemis 2 940]

Bonjour,

 

Et bien le post de Christian m'a motivé pour tenter également M77, je n'ai pas la prétention d'analyser les images, mais je retrouve les raies Halpha et [NII] notées sur ses images, il me semble également deviner une autre raie très ténue à gauche de la raie Halpha....

 

Petit déboire : j'ai orienté la fente selon le grand axe de la galaxie (environ 90° par rapport à son orientation habituelle), et j'ai commis l'erreur de débutant de ne pas recaler ma lampe de calibration, résultat 20mn de captures HS avec les raies néon dédoublées. j'ai réorienté rapidement ma lampe de calibration mais il va falloir que je modifie le support pour affiner les réglages .

 

Il reste quelques résidus de calibration sur le spectre 1D et je n'ai pas retiré le fond de ciel sur le 2D inversé

Le R noté est celui de SpecInti (calculé sur les raies du néon si je ne dis pas de bétises), je pense qu'il est sous évalué, avec cette config je suis habituellement vers 16000 sur les telluriques, mais ma lampe néon n'avait pas sa position optimisée...

Le résultat en images, la rotation des bras est bien visible :

 

 

je vais maintenant approfondir pour voir si je peux tirer un peu plus de mes images...

 

Xavier

[Guillaume BERTRAND 1 649]

Excellent résultat Xavier! 

[cbuil 3 483]

Excellent en effet. Une vision sous un autre angle for intéressante. On va finir par avoir une vue 2D du champ de vitesse ;-)

 

La raie à gauche de Halpha est la seconde [NII] à 6548 A au repos, que je devine aussi à l'extrême limite sur mon spectre aussi, plus faible que chez toi. L'autre raie [NII] est à 6584 A au repos (rest), nettement plus facile.

 

Ce qui me limite chez moi c'est le F/D du RC10, F8 ce qui n'est pas très lumineux. Je crois que le DK350 est à F6.8, ce qui est mieux. Je ne trouve pas très normal en revanche que tes raies néon se dédoublent avec un Star'Ex 2400, même en changeant l'orientation du spectro (certes moins favorable, mais pas à ce point). Faudra éclaircir.

 

Christian

Modifié 19 septembre 2023 par cbuil

[artemis 2 940]

Merci Guillaume et  Christian pour les précisions !

Il y a 4 heures, cbuil a dit :

Je crois que le DK350 est à F6.8, ce qui est mieux.

Christian, Le DK est à F/D 10 en Natif, mais j'ai ajouté un réducteur et j'image à F/D 5.5...

 

Il y a 4 heures, cbuil a dit :

Je ne trouve pas très normal en revanche que tes raies néon se dédoublent avec un Star'Ex 2400, même en changeant l'orientation du spectro (certes moins favorable, mais pas à ce point). Faudra éclaircir.

Voila 1 morceau de 2 brutes non réduites , au dessus la pose HS, au dessous après rotation du spectro de 90°, aucun autre changement dans les réglages. Pour info j'e n'ai qu'une source ponctuelle à 0.70 R allumée 10 ou  15% du temps de la pose de 1200 secondes... Normalement dans l'axe de la fente, mais là perpendiculaire sur la pose du haut :

 

Xavier