Notre Galaxie, la Voie Lactée Françoise Combes

Observatoire de Paris

Plan de situation Nous orbitons près du Soleil, dans le disque mince Distance au centre 8kpc (rayon du disque optique

15kpc) Disque épais: 1- 2 kpc Halo d'étoiles, quasi sphérique + amas globulaires Disque de gaz très mince, 50-200pc Gaz très étendu, 2-4 x rayon optique Matière noire ?

1kpc = 3000 al

Dessin à la mainde Knut LundmarkSuède, 1940

Messier 83

NGC 891

2 Sosies de la Voie Lactée

Face

Par la tranche

Vue de

COBE-DIRBE

ROSAT X-rays Gamma-rays

OptiqueCOBE-DIRBE

CO - H2 IRAS

HIRadio Cont

70cm

21cm

2mm 100 mu

Ondes de densité spontanées par auto-gravité

Etoiles

Gaz

Simulations N-corps

Etoiles

Gaz

Simulations (suite)

Les spirales sont des ondes de densité

Formation de spirales et de barres

Les bras spiraux tournent comme un corps solide

Alors que la matière tourne de façon différentielle

Orbites dans une galaxie barrée

Les orbites sont soit parallèles, soit perpendiculaires à la barre Elles tournent de 90° à chaque résonance

Ondes de densité, résonances et anneaux

Une barre stellaire engendre des bras spirauxdans le gaz

La barre exerce alors des couples sur le gaz,qui le font tomber vers le centre

Le gaz s'arrête aux résonances etforme des anneaux

Ces couples changent de signeà chaque résonance

Athanassoula 92

Anneaux nucléaires, internes et externes

La chute de la matière vers le centrepeut expliquer l'alimentation des noyaux

S'il existe un trou noir supermassif,le gaz va pouvoir tomber directement versle noyau, au lieu de stationner dans l'anneau

Spirales leading/trailing

Un trou noir massif au centre de la Voie Lactée

Très peu d'activité (radio source Sgr A)Détecté par la dispersion de vitesses des étoiles 1000km/s

Sans Avec trou noir

Mouvements propresImages Infra-rouge

Eckart & Genzel 97

M=2 millions de Mo

Il peut se former deux barres emboîtées, comme des poupées russes. Ici une barre nucléaire (droite, champ

de 36") au sein de la barre primaire (gauche, champ de 108"). Noter l'étoile en haut à gauche de la barre nucléaire, qui se retrouve dans les deux images et donne l'échelle relative.

La barre secondaire tourne plus vite que la barre primaire

(d'après Combes et al. 2001).

Barre dans la Barre

Wozniak et al 95

Bulbe boîte ou cacahuète

Les simulations montrent la formationde cacahuètes, par élévation des étoiles à la résonance de Lindblad

Emsellem & Arsenault 97

NGC 128La galaxiecacahuète

COBEVoie LactéeNIR

Combes & Sanders 81

Interaction avec les compagnonsGrand et Petit Nuage de Magellan

Les nuages de Magellan sont déforméspar les forces de maréeIls perdent même énormément de gazatomique HI

La déprojection de lagalaxie (LMC) fait apparaître une élongation

Ici une photographie priseen Infra-rouge proche2MASS (2mu)

déprojectionVue sur le ciel

Van der Marel et al 2001

Nuages de Magellan près de leur péricentre aujourd’hui

Leur apocentre serait à 100kpc, 2 x leur distance actuelle (Lin et al 95)Le Petit nuage va se séparer du Grand dans 1-2 Gyr

Courant de gaztraçant une orbite polaire

‘ Magellanic Stream ’

Reconstitution de l ’interactionRapport de masse faible, de l’ordre de qq %

Plusieurs passages depuis la formation du Groupe Local

Les Nuages avancentdevant (mvts propres)

Contraintes sur lamasse de la Voie Lactée

V ~200 km/s

Le Courant Magellanique

Détecté en hydrogène atomique HI à 21cm de longueur d ’ondeAutant 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

Nuages à grande vitesse tombant sur la Galaxie

Origine encore inconnue

Leur masse dépend de leur distanceRésidus de la formation du Groupe Local? --> très massifsOu juste chute des Nuages de Magellan?

Origines multiples

Aussi, effet fontaineaprès formation desupernovae..

Wakker et al 99

La naine du Sagittaire Sag dwDécouverte récente (Ibata et al 1994)à partir de mouvements propres et types d’étoiles

Une des 9 naines sphéroïdales à tourner autour de la Voie Lactée!

Contient aussi un amas globulaire Messier 54 (connu depuis 1778..)

3 autres amas globulaires: Arp 2,Terzan 7 et 8 seront capturés par la Voie Lactée

Wyse et al. 1998

Reconstruction de la trajectoire de Sag Dw

Ibata et al 2000: contraintes sur la géométrie 3D du haloIl serait possible que tout le halo stellaire soit le résultat de plusieursactes de cannibalisme par la Voie Lactée

Des dizaines de compagnons ont été engloutis

Interaction avec Andromède

La galaxie la plus massive du Groupe Local, comparable à la VoieLactée, n ’est qu ’à 700 kpcElle 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 estinconnue

Bientôt des mvts propres (GAIA)

Simulations de la rencontre avec M31

Dubinski 2000

La matière noire

Dans le disque optique: autant de matièrevisible que de matière noireEn dehors du disque optique, la matière noire domine

Nature: baryonique?

90% de la matière baryonique est noireselon la nucléosynthèse primordiale

Candidats: naines brunes, naines blanches

Ou bien du gaz froid: hydrogène moléculaire

--> Semblent éliminés par les lentilles gravitationnelles

Fenêtre de Baade

Expériences de lentilles gravitationnelles

Evènement OGLE1

Naines blanches?

Les résultats des expériences MACHOS, EROS, OGLE, DUOexitence d'objets de masse 0.5 Mo

Pourraient être de vieilles naines blanches? 3% de la masse noire

Mvts propres de naines blanches proches (Oppenheimer et al 01)Etoiles du halo, ou du disque épais?

Matière noire sous forme de gaz moléculaire froid

Le gaz H2 ne rayonne pas

Le traceur CO n'est présent quedans le disque optique

En dehors du disque, le gaz pourraitcontinuer le milieu interstellaire,avec sa structure fractale

Pas (ou très peu) de formationd'étoiles, loin du centre instable

Scénario de formation de la Galaxie

Scénario hiérarchique de formation par intéraction/fusion

Accrétion de matière par les parties externes

Une galaxie aujourd'hui accrète sa propre masse en 7 Gyr

Change complètement d'orientation

Explique que tous les disques soient gauchis

Z=5

Z=1

Z=0

Simulations cosmologiques

Benson et al 01

Conclusions

Notre Galaxie dévoile peu à peu ses mystères(noyau, barre, gaz, compagnons, warp, matière noire..)

Beaucoup de chemin depuis Hubble, Kapteyn, Lindblad, Oort…Toutes les longueurs d'onde sont explorées

Les distances et la dynamique de la Galaxie feront d'immensesprogrès avec GAIA