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NGC 891

Spirales et Courbes de rotation

Andromède vue par Hevelius
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Introduction

La publication récente (en 2018) d’une étude sur la comparaison des courbes de rotation de NGC 891 et de NGC 7814 nous fournit une bonne illustration du débat toujours ouvert à ce jour sur la distribution relative de la matière lumineuse et de la matière noire dans les galaxies spirales, comme en témoigne une publication récente de Fraternali, Sancisi et de Kamphuis.

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NGC 891 dans le Sky Atlas 2000.0 de Tirion

Description

Il faut se rappeler que l’un des enjeux des études de courbes de rotation des spirales consiste à comprendre pourquoi les valeurs observées des parties extérieures des galaxies présentent un écart important avec les courbes prédites par les profils photométriques et gazeux. En effet, une des hypothèses pour expliquer cette différence est la présence de halos de matière noire autour des galaxies spirales.


NGC 891 (= Caldwell 23, PGC 9031, UGC 1831) est un analogue de la voie lactée. Découverte le 6 octobre 1784 par William Herschel, il s’agit d’une galaxie spirale de magnitude 10.81 de la constellation d’Andromède qui l’a décrite comme "un objet remarquable, lumineux, de très grande taille, très étendu sur 22". Caractéristique dans sa morphologie, elle sert de galaxie type de SA(s)b? D selon  Konstantopoulos, 2013 (Simbad).


En se fondant sur une vitesse de récession de 530 km /s, NGC 891 se trouverait à environ 25 millions d'années-lumière, ce qui est en accord avec les estimations de distance indépendantes du décalage vers le rouge (de 23 à 41 millions d'années-lumière), bien que pour des vitesses aussi faibles, les vitesses (expansion non-Hubble) peuvent avoir un effet significatif sur les résultats (la plupart des références font mention d’une distance de 30 millions d'années-lumière.)


Avec une inclinaison de 89°, elle est quasiment parfaitement sur la tranche. Elle présente une bande de poussière spectaculaire divisant son disque en deux tandis que de nombreuses vrilles de poussière s’étendent sur des centaines d’années-lumière au-dessus et au-dessous du plan du disque, créant un halo géant en HI et extrêmement lumineux en rayonnement X.


D’une taille apparente de 11,7 x 1,6 arcmin, elle couvre environ 100 000 années-lumière.

 

Comme la plupart des galaxies spirales, elle comporte un taux élevé de formation d'étoiles (environ 3,8 masses solaires par an).

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Crop dans l'image.

Un peu de science

Ainsi, lorsque l'on compare nos deux spirales (cf. NGC 7814), il est facile de constater qu'elles sont représentatives de deux morphologies « extrêmes » au sein des galaxies spirales, avec une NGC 891 qui est « à dominante discale » alors que NGC 7814 est à l’inverse presque entièrement « bulbaire ». En supposant qu’il est acquis que l’on peut déduire la distribution de la masse d’une galaxie spirale en étudiant sa courbe de rotation (par "photométrie multicolore", notamment à travers les données collectées dans la raie HI à 21 cm), comparer leurs courbes de rotation prend tout son sens puisqu’il ne devrait pas être possible pour deux galaxies de morphologie si différente d'avoir des courbes de rotation similaires (dès lors qu’il est postulé que la distribution de la matière lumineuse est liée à la distribution de la masse totale).


Or une série d’observations de NGC 891 et de NGC 7814 effectuées entre 1983 et 1995 par Van der Kruit révélait des courbes de rotation similaires, ce qui allait dans le sens contraire de ce postulat qu’il existe une corrélation étroite entre la distribution de la lumière et la forme de la courbe de rotation des galaxies spirales.

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Puisqu’il ne fait guère de doute que les distributions lumineuses de NGC 891 et de NGC 7814 sont très différentes, les auteurs se dont donc concentrés sur une réévaluation de leurs courbes de rotation.  Si le télescope utilisé est le même (il s’agit du Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT)) Les dates des différentes observations ont leur importance puisque les courbes de rotation publiées par Van der Kruit pour NGC 891 et pour NGC 7814 ont été obtenues à partir d’observations de la raie HI entre 1979 et en 1982. Et si la courbe de rotation de NGC 891 avait été obtenue directement des observations (en utilisant une méthode « d’enveloppe » de vélocité), celle de NGC 7814 l’avait été à partir de modèles dérivés. Ainsi, les deux courbes semblaient similaires en première approximation, mais les observations H I, en particulier celles de NGC 7814, avaient des rapports signal / bruit médiocres dans les régions centrales et les courbes présentaient de grandes incertitudes ou ne pouvaient pas être dérivées du tout.


Les nouvelles observations réalisées par Fraternali et son équipe diffèrent donc sensiblement de celles de 1980 ; les auteurs ont pu montrer que les courbes de rotation étaient bel et bien différentes. Ouf ! la théorie est sauve.


Une étude récente (visant à comprendre les interactions halo / milieu inter-galactique / formation des bras spirales) a constaté que son halo contenait 29% de l’hydrogène neutre de NGC 891 et qu'environ 30% de l’HI était situé à 1 Kpc ou plus au-dessus du disque (et jusqu’à 22 Kpc). Elle a par ailleurs pu mettre en évidence que le gaz était au moins partiellement contenu au sein de complexes individuels (en opposition à une distribution « harmonieuse »). Plusieurs études ont par ailleurs constaté que le halo de NGC 891 présentait une nette asymétrie dans l'émission de Hα, principalement due à l'atténuation par des poussières.

Références :

A tale of two galaxies: light and mass in NGC 891 and NGC 7814. F. Fraternali, R. Sancisi and P. Kamphuis. Astronomy & Astrophysics, manuscript no. Fraternali. June 20, 2018


The H I Halo of NGC 891. R.A. Swaters, R. Sancisi, J.M. van der Hulst. Astrophysical Letters and Communications, Vol. 31, p.161


A dust component ~2 kpc above the plane in NGC 891. P. Kamphuis, B. W. Holwerda, R. J. Allen, R. F. Peletier and P. C. van der Kruit.  A&A Volume 471, Number 1. August 2007


The Globular Cluster System of the Spiral Galaxy NGC 7814. K. L. Rhode & S. E. Zepf. The astronomical journal, 126 : 2307-2316, 2003 November.


Looking Through the Dust - the Edge-on Galaxy NGC 7814 in the Near-Infrared. R. F. Peletier, J. H. Knapen. The Messenger, vol. 70, p. 57-61

Date  de création : 

Date  de modification :

24 01 2019

07 05 2021