Planewave CDK 12.5, Paramount II, QHY600M. Maxpilote, PHD2, TSX, SIRIL, PS LRGB : 42(51)x300s, 12x300s, 15x300s, 11x300s

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Field of view ............ 44' 10.3" x 30' 51.2" Image center ............. RA: 0 37 34.860 Dec: -33 41 42.21 Image bounds: top-left .............. RA: 0 39 13.234 Dec: -33 24 13.11 top-right ............. RA: 0 35 42.382 Dec: -33 28 23.45 bottom-left ........... RA: 0 39 27.918 Dec: -33 54 54.58 bottom-right .......... RA: 0 35 55.818 Dec: -33 59 06.41

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Image de PGC 2248 sur plaque IIIaJ sensibilisée à l’azote prise au Schmidt de 48 pouces du Lick Observatory en 1974. Filtre GG395.

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PGC 2248

Roue de charrette et barre de fer !

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Introduction

Galaxie lenticulaire à anneau située à environ 500 millions d’années-lumière (133 Mpc avec une vitesse de récession de 9050 km/s selon le catalogue NED) dans la constellation du Sculpteur, PGC 2248 présente un diamètre d’environ 150 000 années-lumière, soit une fois et demi plus grand que celui de la Voie lactée. Découverte par l’astronome Fritz Zwicky en 1941, elle possède une masse estimée entre 2,9 à 4,8 milliards de masses solaires et une vitesse de rotation d’environ 217 km/s. Son cercle de jeunes étoiles bleues, qui s'étend 50% plus loin que le disque de notre Voie lactée, est très probablement le résultat d'une collision galactique survenue il y a 200 millions d'années.

Les contours d'intensité du continuum radio (RC) à 20 cm superposés sur une image Hα (en échelle de gris). La figure montre l'excellente concordance de position entre les pics radio et les complexes H II qui ont été repérés par leurs numéros H95. Des lignes droites sont tracées reliant les structures filamenteuses ou les rayons au centre géométrique de l'anneau.

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Description

Archétype de la classe des Galaxies Collisionnelles à Anneau, la Roue de Charette a fait très tôt l'objet de nombreuses études en multi-longueurs d'onde en raison de sa morphologie inhabituelle (Zwicky 1941; Fosbury & Hawarden 1977). Ce type de galaxie forme une fraction relativement restreinte des galaxies qui ont subi une interaction récente et sont censées s'être formées après collision frontale de deux galaxies dans lesquelles une galaxie intruse passe par le centre (ou à proximité) d'un disque rotatif d'une galaxie plus grande, créant ainsi une onde de densité se propageant vers l'extérieur de la plus grande galaxie (mécanisme proposé dès 1976 par Lynds & Toomre). Lorsque l'onde en expansion se déplace vers l'extérieur, elle déclenche des sursauts de formation d'étoiles dans un anneau circulaire, ces sursauts de formation s'arrêtant une fois que la "vague" est passée laissant derrière elle une population stellaire vieillissante (Higdon 1996).


Dans le cas de PGC 2248, sa forme si particulière est a priori la conséquence d’une collision survenue il y a environ 200 millions d’années avec la petite galaxie jaunâtre visible sur la gauche. Initialement probablement spirale, PGC 2248 a probablement été entièrement traversée par la plus petite galaxie, ce qui a créé une immense onde de choc provoquant une perturbation gravitationnelle à travers toute la galaxie. L’onde de choc s’est propagée à une vitesse d’environ 320 000 km/h (environ 90 km/s) en balayant la poussière et le gaz interstellaire et amorçant du même coup des régions à sursaut de formation d’étoiles. L’apparition des bras spiraux ou de faibles rayons entre le noyau de la galaxie et l’anneau extérieur de celle-ci fait penser que la structure en spirale de la galaxie commence à réapparaître.


Les image Hα à haute résolution avec Hubble suggère que la majeure partie de la formation d'étoile actuelle se déroule dans 29 complexes de formation d'étoiles de l'anneau (Higdon 1996), chaque complexe contenant plusieurs nœuds compacts. L'anneau est de forme elliptique, avec une longueur de demi-grand axe de 23 kpc et un rapport d'axe de 0,75. Le centre de l'ellipse est décalé du noyau de ∼6,5 kpc. Les émissions radio non thermiques de la population vieillissante ont été détectées au sein de rayons radiaux étroits qui s'étendent jusqu'à environ 4 kpc à l'intérieur de l'anneau actuel (Mayya et al. 2005).

Les contours d'intensité du continuum radio (RC) à 20 cm superposés sur une image en bande B du HST. Contrairement aux rayons optiques (structures reliant l'anneau intérieur à l'anneau extérieur sur la figure) les rayons RC sont droits et courts. La position du noyau est marquée par une croix. (Mayya et al. 2005).

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Un peu de science

Ceci étant, il a été proposé une hypothèse alternative de formation de cette structure en anneau en se fondant sur l’instabilité gravitationnelle. Des perturbations gravitationnelles axisymétriques (radiales) et non axisymétriques (spirales) de faible amplitude permettrait d’expliquer l'association entre des amas de matières grandissants et des vagues axisymétriques et non axisymétriques gravitationnellement instables prenant l’apparence d’une roue à rayons. 


La nature du second anneau (interne), très marqué, est discutée en tant que second anneau dans les études théoriques alors que le rapport des rayons du premier et du second anneau de 4,2 est en accord qualitatif avec la théorie analytique des galaxies collisionnelles à anneaux (Struck 2010). Cependant, contrairement à l'anneau externe, l'anneau interne est pauvre en gaz avec très peu de présence de HI, de Hα et formation d'étoiles. En ajoutant le fait que le CO détecté dans la région centrale présente une excitation faible (ce qui suggère un faible taux de formation d'étoiles), l'ensemble de ces éléments est contre une origine "post-collisionnelle" de la formation de ce second anneau, et il se pourrait qu'il soit d'origine précollisionnelle. 

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Enfin, on peut évoquer une publication de 2020 Barway et al. qui,  en relisant des images d'excellente qualité (seeing à 0,42 '') des archives de l'ESO a mis en évidence une barre et un pseudo-renflement (ainsi qu’une source ponctuelle non résolue) en bande K dans le proche infrarouge (NIR).  


Struck et al. (1996) avaient déjà émis l'hypothèse de la présence d'une faible barre à l'intérieur de l'anneau avec une structure en « D » d'après des observations HST. Cependant, leurs données ne permettaient pas de confirmer la présence de la barre de manière concluante. Dans un article plus récent, Struck (2010) avait analysé cette structure comme un éventuel troisième anneau et les simulations numériques d'un intrus “tombant” dans une galaxie barrée prévoyaient que la barre survivrait (Athanassoula et al. 1997). 


Les données NIR ont donc pu mettre en évidence cette barre, de forme ovale, avec un demi-grand axe de 3,23 '' (∼2,09 kpc) et une distribution de lumière presque plate tout le long de la barre alors que cette barre n'est pas visualisable sur les images optiques, même avec la résolution spatiale du télescope spatial Hubble (en raison d'une combinaison de sa couleur rouge et de la présence des bandes de poussière). Le renflement est quant à lui presque rond (ellipticité = 0,21) avec un rayon effectif de 1,62 '' (∼1,05 kpc) et un indice Sersic de 0,99 (je vous renvoie à l’article du numéro 109 d’Astrosurf Magazine sur la détection des galaxies naines satellites pour plus d’information sur l’indice Sersic), soit des paramètres typiques des pseudo-renflements dans les galaxies de type tardif. Barway estime que cette barre et ce pseudo-renflement appartenaient très probablement - comme l’anneau interne - à l'ancêtre précollisionnel de la Roue de Charrette. Mais surtout, pour les auteurs, la découverte d'une barre dans un archétype de galaxie en anneau collisionnel est la première preuve observationnelle confirmant la prédiction selon laquelle les barres (mais aussi les structures morphologiques tels que les (peudo) renflements centraux) peuvent survivre à une collision. 


Barre de fer ! 

Références :

Hydrodynamics and the Structure of Stellar Systems. Zwicky F. p. 137 in Theodore von Kármán Anniversary Volume: Contributions to Applied Mechanics and Related Subjects; Pasadena: California Institute of Technology (1941)


A0035 "the cartwheel" a large southern ring galaxy. Fosbury, R. A. E.; Hawarden, T. G.Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 178, 473-487 (1977)


Discovery of a near-infrared bar and a pseudo-bulge in the collisional ring galaxy Cartwheel. Sudhanshu Barway, Y D Mayya, Aitor Robleto-Orús. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 497, Issue 1, September 2020, Pages 44–51,


Wheels of Fire. II. Neutral Hydrogen in the Cartwheel Ring Galaxy. Higdon, James L. Astrophysical Journal v.467, p.241.


The Detection of Nonthermal Radio Continuum Spokes and the Study of Star Formation in the Cartwheel. Mayya, Y. D.; Bizyaev, D.; Romano, R.; Garcia-Barreto, J. A.; Vorobyov, E. I. The Astrophysical Journal, Volume 620, Issue 1, pp. L35-L38.


Hubble Space Telescope Imaging of Dust Lanes and Cometary Structures in the Inner Disk of the Cartwheel Ring Galaxy. Struck, Curtis; Appleton, Philip N.; Borne, Kirk D.; Lucas, Ray A. Astronomical Journal v.112, p.1868.


Applying the analytic theory of colliding ring galaxies. Struck, Curtis. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 403, Issue 3, pp. 1516-1530.


Formation of rings in galactic discs by infalling small companions. E. Athanassoula, I. Puerari, A. Bosma. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 286, Issue 2, April 1997, Pages 284–302

Date  de création : 

Date  de modification :

05 04 2021

05 04 2021