Que sont ces mystérieuses Galaxies à Faible Brillance de Surface ?

Que sont ces mystérieuses Galaxies à Faible Brillance de Surface ?
Extrait du Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.
https://www.obspm.fr/que-sont-ces-mysterieuses-galaxies-a-faible.html
Que sont ces mystérieuses
Galaxies à Faible Brillance de
Surface ?
Date de mise en ligne : jeudi 1er mai 2003
Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la
Recherche.
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Que sont ces mystérieuses Galaxies à Faible Brillance de Surface ?
En raison de leur faible brillance de surface, toute une population de galaxies (bien nommées
en anglais "Low Surface Brightness" ou LSB) est passée pratiquement inaperçue lors des
premiers travaux extragalactiques. Au cours des dernières décennies, ces galaxies ont
cependant reçu de plus en plus d'attention alors que plus d'observations les concernant
étaient effectuées et qu'il était réalisé qu'elles pourraient jouer un rôle important dans les
processus de formation et évolution des galaxies et dans l'évolution chimique de l'univers.
Une équipe d'astronomes, animée par des chercheurs de l'Observatoire de Paris, vient d'étudier un ensemble
conséquent d'objets LSB, sélectionnés à partir de la cartographie infra-rouge de tout le ciel, achevée récemment
(2-MASS). Ils ont construit des modèles d'évolution de disques de galaxies, et montré que les particularités des LSB
pouvaient le mieux s'expliquer par des halos de matière noire d'un moment angulaire spécifique plus grand que pour
les galaxies spirales classiques. Les LSB "rouges" (relativement rares) doivent leur couleur à une histoire de
formation d'étoiles intermittente.
Au cours des dernières décennies, on a découvert l'existence de galaxies avec des brillances de surface centrales
bien plus faibles que la valeur classique dite "de Freeman", 21.65 mag / arcsec2 en lumière bleue (bande
photométrique B), typique des galaxies spirales usuelles (cf Hubble Atlas). Au cours des dernières années, une
quantité conséquente d'observations a été assemblée au sujet de ces "Galaxies à Faible Brillance de Surface"
(LSB), alors qu'il a été réalisé du coté théorique qu'elles pourraient être cruciales pour la formation et l'évolution des
galacties, pour l'évolution chimique "cosmique", et pour l'univers à grand redshift (notamment en raison de leur
nombre relativement important). Les LSB identifiées jusqu'à aujourd'hui présentent une grande diversité, allant des
naines-elliptiques à des spirales géantes. Bien que les galaxies LSB à disque soient très variées en taille, brillance
de surface et magnitude absolue (figure 2), elles sont en pratique souvent sélectionnées selon un critère simple : une
brillance de surface centrale dans le bleu plus faible que 22 mag /arcsec2. Nos modèles des propriétés et
d´évolution des LSB ont été comparés à 5 échantillons de LSB couvrant cette diversité de propriétés concernant la
brillance de surface centrale, la luminosité, la couleur ou le le rapport bulbe sur disque. Les images du "Digital Sky
Survey" de six de ces objets (figure 1) illustrent la difficulté de les détecter en imagerie. Une des galaxies est une
galaxie géante, une autre possède un bulbe proéminent et un disque de faible brillance de surface. Il est bon de
garder en tête qu'il pourrait toujours exister des LSB non cataloguées, avec des propriétés extrêmes, au delà des
limites actuelles de détection.
Les prédictions de tels modèles sont en accord avec ce qui est observé dans une compilation de données
concernant de nombreuses propriétés : échelle de longueur du disque, brillance de surface centrale, magnitude, la
relation entre la masse et la luminosité, le contenu gazeux, et les mesures de l'abondance d'oxygène dans les
régions ionisées HII.
Certaines LSB ont cependant des couleurs extrêmement rouges, contrairement à ce qui est prédit par les simples
modèles à moment angulaire élevé, dans lesquels le taux de formation stellaire évolue sans à-coups au cours du
temps. Une possibilité pour expliquer cette différence est de faire appel à des petits sursauts ou des troncations dans
la formation stellaire qui affectent principalement les couleurs des galaxies. De tels événements sont plus attendus
dans les LSB que dans les spirales HSB en raison des faibles densités qui les caractérisent. En effet, la densité de
gaz dans les LSB est plus faible que le seuil pour la formation stellaire observé dans les spirales proches. Dans ces
conditions, la formation stellaire dans les LSB ne se produirait pas de manière régulière, mais serait sujette aux
perturbations locales et aux ondes de densité affectant le disque.
Comme mentionné plus haut, il existe une grande variété parmi les disques de LSB connus, sélectionnés dans le
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domaine optique. En utilisant la cartographie du ciel dans l'infra-rouge récemment achevée par l'équipe 2-MASS, le
premier grand échantillon homogène de LSB a pu être construit, dans ce domaine de longueur d'onde. Différentes
objets de cet échantillon ont été observés dans la raie 21 cm à Nançay et Arecibo, ainsi qu'en imagerie à plusieurs
longueurs d'onde dans le domaine optique. Une première analyse de ces données (cf thèse de Delphine Monnier
Ragaigne), montre la rareté des LSB rouges, la présence d'objets avec des masses HI extrêmement grandes (plus
que 1010 masses solaires), et une relation Tully-Fisher entre la magnitude absolue et la vitesse de rotation similaire
à celle des spirales (HSB) classiques. Cet échantillon est aussi le premier à couvrir la zone de transition entre les
LSB et les HSB, selon leur définition en lumière bleue.
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