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COURS D’INITIATION A L’ASTRONOMIE

DESCRIPTION DES OBJETS CELESTES

CDSA. E.BIDOUX

Sommaire : Introduction L’univers observable

A - Galaxies B - Nébuleuses

1 – Rassemblement d’étoiles Amas globulaires Amas ouverts 2 – Nuages de gaz Nébuleuses planétaires Restes de supernovae Nébuleuses diffuses Nébuleuses obscures

C – Constellations. Annexes : La couleur des étoiles

La voie lactée

Introduction. D’après G. OUDENOT SAF avril 2001

Par une belle nuit, à l'écart des villes, on peut apercevoir au-dessus de notre tête environ 2 500 étoiles, quelques planètes, souvent la Lune et une vaste traînée blanchâtre qui barre la voûte céleste : la Voie lactée. De plus, une observation attentive, du "coin" de l’œil et non en vision directe comme à l'ordinaire, permet de distinguer quelques taches floues, auxquelles les astronomes du XVIII siècle ont donné le nom de "nébuleuses", du fait de leur aspect.

L’UNIVERS OBSERVABLE La Terre appartient au système solaire dont le centre est une étoile appelée Soleil.

Le Soleil appartient à un groupe d’étoiles qui sont liées par la gravitation et tournent autour d’un trou noir central de plus de 4 millions de masse solaire. Notre soleil n'est qu'une étoile parmi la centaine de milliards d'étoiles qui peuplent notre galaxie, qui se présente à nos yeux sous l'apparence de la voie lactée. Le soleil n'occupe pas une position centrale, il se trouve à la périphérie, dans la grande banlieue, à 27.000 années de lumière de son centre. La plus proche étoile du soleil, Alpha du Centaure, se trouve à 4,3 années de lumière (1).

D’après « Sciences de l’Univers » J-C PECKER

On classe les objets célestes en deux types : ceux qui sont a l'intérieur de notre galaxie et ceux qui lui sont extérieurs. Les nébuleuses de ce type furent nommées nébuleuses extragalactiques puis simplement «galaxies». La notre prenant le nom de «Galaxie» avec un grand «G» ou « Voie actée ».

Notre galaxie fait elle même partie des centaines de milliards de galaxies de l'Univers.

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La galaxie d’Andromède qui ressemble à la notre se trouve à 2 millions d’a.l. (années de lumière)1 A l'horizon de l'Univers, soit à 10 ou 20 milliards d’a.l, on trouve encore des objets brillants, les quasars, qui n'ont pas encore livré tous leurs secrets. Voir annexe 2 A - LES GALAXIES En 1925 HUBBLE 2classe les galaxies en 3 catégories :

Les elliptiques (E) 13% Les spirales (S) 61% Les irrégulières (I) 2,5%

Auxquelles une quatrième a été ajoutée : les lenticulaires (SO) 21,5%. 2% des galaxies sont inclassables.

Les spirales sont caractérisées par un noyau sphéroïdal duquel partent des bras spiralés. Il existe des sous-classes. Les elliptiques n’ont pratiquement pas de matière interstellaire, ce sont peut-être des galaxies très âgées. On estime le nombre d’étoiles dans notre galaxie à plus de 100 millions pour une masse de 200 milliards de masses solaires, dont ½ sous forme de nébuleuses et de gaz interstellaire. La voie lactée – notre galaxie Le Soleil est à 27.000 a.l du centre de la galaxie et à 50 a.l du nord de l’équateur galactique.

1 a.l = Année de Lumière = distance parcourue par la lumière en

1 année, à la vitesse de 300.000 km/soit près de 10 mille

milliards de km. 2 Edwin HUBBLE (1889-1953) astronome américain qui a

démontré l’existence de galaxies en dehors de la voie lactée. Il a

donné son nom à un télescope spatial (1990-2021)

Tous les astres de notre galaxie tournent autour du centre galactique à des vitesses différentes (rotation différentielle). Le Soleil fait un tour en 225 millions d’années (vitesse 230 Km/s) La Galaxie se déplace dans l’espace à une vitesse de 630 km/s

Le Soleil se trouve dans le bras de Persée.

On peut observer la voie lactée, par ciel très clair, aux alentours de la nouvelle Lune, en période d’été. En effet en juin la Terre passe entre le Soleil et le centre de la galaxie, qui se trouve dans la constellation du Sagittaire. La voie lactée traverse les étoiles / constellations suivantes : Capella (Cocher), Persée, Cassiopée, Altaïr (Aigle), Scorpion, Croix du Sud, entre Procyon et Sirius Voir annexe 2 . Notre galaxie est « tordue » (Fév.2019)

De nouvelles études menées par des astronomes chinois, ont montré que notre disque galactique au lieu d’être plat est tordu vers les bords. Plus on s’éloigne du centre et plus elle est tordue. Elle est en forme de S, comme on le voit sur l’illustration d’artiste ci-dessous.

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Les informations du second catalogue de Gaia3 ont été utilisées pour aboutir à ces conclusions.

Les astronomes chinois se sont intéressés aux Céphéides listées par Gaia (il y en a 1339), dont les pulsations régulières servent à mesurer la distance des étoiles. Ce sont des étoiles massives et très lumineuses. À l’aide de ces mesures, on a construit une carte 3D de la position de ces étoiles et ainsi montrer leur distribution dans la Galaxie. Crédit : © Chen Xiaodian, Institut Kavli d'astronomie et d'astrophysique

La galaxie d’Andromède, M31 ou NGC 224 est la plus célèbre de toutes les galaxies, car elle est visible à l’œil nu ou avec des jumelles. Elle se trouve à 2,2 millions d’années lumière de la Terre et a un diamètre de plus de 110.000 a.l

3 GAIA : Satellite lancé en déc.2013 a pour mission de donner la

position et la luminosité de plus d’un milliard d’étoiles. Cette

observation précise du ciel se terminera en 2022.

Dans environ 4,5 milliards d’années la Voie lactée et Andromède entreront en collision. Le Soleil et la Terre auront alors disparu. Autre galaxie bien connue, la galaxie du Sombrero ou M104 qui est une galaxie spirale vue par la tranche, située à environ 50 millions d’années lumière. Son diamètre est supérieur à 100.000 a.l

B - LES NEBULEUSES Les nébuleuses sont des objets appartenant à la Galaxie, ou tout au moins à la sphère qui l’englobe, nommée « halo galactique ». On peut les diviser les nébuleuses en deux groupes. Un groupe est constitué par des rassemblements d'étoiles, l'autre par des nuages gazeux. 1 - Les rassemblements d'étoiles sont de deux types - Les amas globulaires, satellites de notre galaxie, renferment de quelques centaines de milliers à quelques millions d'étoiles, très proches les unes des autres au centre et plus relâchées vers la périphérie, ce qui leur donne un aspect globuleux, d'où leur nom. Voir M13 Hercule – M5 Serpent - M15 Pégase et

- Les amas ouverts sont de forme moins régulière et ne renferment que quelques dizaines à quelques centaines d'étoiles On les appelle encore « amas galactiques », parce qu'ils sont situés dans le plan galactique. Ils sont constitués d'étoiles jeunes, nées ensemble dans un même nuage gazeux. M45 Pléiades

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– M44 Cancer – M7 Scorpion – M11 Ecu – M35 Gémeaux – « h » amas double de Persée – NGC 4755 Croix du Sud.

Pléiades

2 - C'est aux nuages gazeux qu'on réserve aujourd'hui le nom de nébuleuses. Certains nuages gazeux correspondent à la naissance des étoiles, d'autres à leur mort. Dans la deuxième catégorie on trouve.

- Les « nébuleuses planétaires » qui tirent leur nom du fait que dans un instrument, elles se présentent sous forme d'un petit disque flou, ressemblant à une planète lointaine. Ce sont des étoiles de type solaire, qui en vieillissant rejettent leurs couches périphériques et les illuminent à partir de l'étoile mourante, mais très chaude, qui en occupe le centre. M27 Haltère – M57 Lyre – M97 Hibou -

NGC 2392 Eskimo – M76 Persée – NGC 7293 Hélix – NGC 6781 Saturne – NGC 7662 Andromède –

- Les « restes de supernova », sont le résultat d'explosions d'étoiles massives qui, après une vie brève de quelques millions d'années rejettent leur matière dans l'espace. Il ne reste au centre qu'un corps dense comme une étoile à neutrons, ou un trou noir. SN 1054/ M1 Nébuleuse du Crabe – SN 1987 A (LMC)

– SN1680 Cassiopée A – SN 1572 étoile de Tycho (Cas) – SN 1604 étoile de Kepler (Oph)

Nébuleuse du crabe

Nous allons maintenant à passer en revue les vastes nuages gazeux à l'intérieur desquels naissent les étoiles, qui vont se présenter sous des aspects différents suivant les étoiles qui se trouvent dans leur voisinage. Nous rencontrons : - Les "nébuleuses diffuses", qui regroupent les « nébuleuses à émission » et les « nébuleuses par réflexion ». Ces deux types d'objets sont brillants, éclairés par les étoiles qu'ils renferment. Si les étoiles sont très chaudes, de classe 0 essentiellement, leur émission ultraviolette va exciter le gaz et nous obtiendrons une nébuleuse à émission. Si les étoiles sont moins chaudes la nébuleuse pourra diffuser leur rayonnement et l'objet qui en résultera sera une nébuleuse par réflexion. M42, M43, IC 434 Orion - NGC 2070 Tarentule (Dor) – M8 Lagune (Sgr) – M17 Oméga (Sgr) – NGC 7000 América – M20 Trifide (Sgr) M16 Aigle – NGC 6960 + dentelles du cygne - NGC 2237 Rosette (Mon) – NGC 2261 Hubble (Mon) – – IC 5067 Pélican (Cyn) – NGC2264 Cône (Mon)

M42 ORION

- Les « nébuleuses obscures » ne diffèrent pas dans leur nature des précédentes ; elles sont constituées comme elles essentiellement d'hydrogène et d'un centième de poussières, mais il ne se trouve pas d'étoiles excitatrices dans leur voisinage. La nébuleuse se révèle alors en sombre, la poussière absorbant la luminosité des parties brillantes plus éloignées de nous. Alors que la

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température d'une nébuleuse à émission atteint les 10 000 degrés, celle d'une nébuleuse obscure n'est que de quelques dizaines de degrés absolus, et c'est dans ces régions de l'espace que naissent les étoiles.

B33 Tête de cheval - Orion

C - LES CONSTELLATIONS Les constellations sont des figures obtenues en reliant entre elles plusieurs étoiles. Les liaisons sont tout à fait arbitraires et procèdent de l’imagination des Humains, qui depuis la plus haute antiquité et quelques soient les civilisations, ont peuplé le ciel de personnages et d’objets mythiques. Le ciel est comme un livre d’images dont l’observation (lecture) assure la transmission orale des croyances (mythologies) multiples de l’humanité.

Les étoiles d’une même constellation ne forment pas une entité physique propre. Elles possèdent des caractéristiques très différentes et de plus elles se trouvent le plus souvent à des distances considérables les unes des autres. .

Ci – dessus la Grande Ourse dont la forme sous laquelle nous voyons ses étoiles sur la sphère céleste résulte d’un effet de perspective E. BIDOUX CDSA D’après MARC SEGUIN »Voyage au bout de l’Univers » M. DUMONT et G. OUDENOT « Introduction à l’astronomie » Antonin RUKL « Constellations et planètes » Jean Claude PECKER « La nouvelle astronomie – Science de l’Univers » Revue du Palais de la Découverte Voir Annexe1 : La couleur des étoiles Annexe 2 : Voie lactée

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ANNEXE 1 : La couleur des étoiles

La voie Lactée.