Rotation d'une galaxie, M66 au Pic du Midi

Pour continuer l'exploitation du spectre de M66 obtenu avec le T60 au Pic du Midi l'hiver dernier ( https://urania.forumactif.fr/t1421-vitesse-radiale-de-la-galaxie-m66-depuis-le-pic-du-midi ), on avait remarqué que les raies en émission des régions HII (Halpha et peut être [NII]) du bras nord étaient décalées vers le bleu par rapport à celles du bras sud, décalées vers le rouge :





Un zoom 200% et des fausses couleurs pour visualiser :



Avec des repères verticaux, la raie tellurique de l'airglow à gauche reste verticale (sans décalage) tandis que à droite les raies des régions HII nord et sud sont décalées :



Je n'exclue pas que ça puisse être un artefact du traitement, car pendant la calibration on corrige des aberrations géométriques (tilt, slant) inhérents au spectro, ce qui implique des réglages et des choix dans le logiciel de traitement (la boite de réglage de la forme des raies en particulier). De plus, les raies d'émission dans le bras nord et surtout sud sont quand même super faibles, le rapport signal/bruit est pourri, on ne peut pas calculer leurs positions avec une bonne précision...

Mais quand même, ce décalage fait penser à celui vu en haute résolution de la rotation du disque galactique vu par un instrument pro, par ex :



Soyons fous, admettons qu'on "voit" ici la rotation de M66, on peut continuer à s'amuser en mesurant sa vitesse de rotation !?

On attend un décalage spectral entre les bras nord et sud = 2 x delta lambda, qu'il faut corriger de l'inclinaison i de la galaxie selon le plan du ciel (v rotation = v mesurée / sin i) :



Pour estimer l'inclinaison de M66 par rapport au plan du ciel, on prend notre image de M66, on suppose que la galaxie est circulaire et apparaît comme une ellipse car inclinée sur le plan de vision. On trace une ellipse au plus près selon les isophotes vues dans Iris (on suit le tutoriel de Christian Buil), et on mesure la longueur des petits et grands axes de l’ellipse :



Un peu de géométrie, on obtient i = arc cos (petit axe / grand axe) soit ici 63°

Ca m'aura pris un peu de temps pour retrouver la bonne formule, le collège était un peu loin... donc merci aux copains pour l'aide en particulier à Michel qui a bien rigolé avec mes questions cong et repéré la coquille dans le bouquin

On a l'inclinaison de M66, reste à mesurer précisément les positions des raies dans les bras :



Pour la méthode, critiquable (?), j'ai découpé les tranches d'intérêt dans le spectre 2D empilé de M66 et les tranches correspondantes du spectre de la lampe argon-néon du module de calibration de l'Alpy.

Reste à analyser dans VSpec, chaque tranche nord puis sud ; les calibrer en longueur d'onde avec la lampe spectrale en référence, et mesurer les positions des raies Ha et [NII] (?), ainsi que la position de la raie de l'airglow (qui elle ne devrait pas bouger comme les raies de la galaxie)

Waow, rien que de lire je capitule

C'est bon la période de repos pour le mal de crane est passée !

On continue ?

On se rappelle que le décalage différentiel des raies en émission Ha dans les bras Nord-Sud de la galaxie permet de mesurer la vitesse de rotation du disque galactique



La vitesse de rotation mesurée peut être corrigée pour l’inclinaison i de la galaxie dans le plan du ciel qu'on a déterminé ci-dessus : V rotation = (delta lambda/2*lambda*c)/sin i

Pour déterminer la position des raies Ha dans les bras Nord et Sud, j'ai suivi cette méthode :
* calibration standard (-bias -dark /flat) des 4 spectres individuels de la galaxie et des 5 spectres de la lampe Ar Ne
* addition médiane standard des 5 spectres de la lampe Ar Ne (pas de saturation des raies)
* crop d'une région d'intérêt dans chaque spectre individuel de la galaxie montrant les raies en émission Ha/[NII]
* crop de la même région d'intérêt, pixel à pixel, dans le spectre médian de la lampe de calibration
* dans Vspec, binning et calibration en longueur d'onde dans VSpec en utilisant 6 raies de 5852.56 à 7147.04 de la lampe Ar Ne
* dans Vspec, correction du spectre la vitesse radiale trouvée précédemment avec ces mêmes spectres (Vr=695 km/s, en bonne correspondance avec la mesure pro donnée à 702 km/s dans Simbad)
* dans Isis, mesure du centre de la raie en émission Ha dans chaque spectre Nord et Sud

Pour illustrer, les résultats dans Vspec. Avec cette méthode on obtient une faible erreur résiduelle de calibration en longueur d’onde (RMS<0.1)





Les 8 mesures des 4 spectres individuels, et le résultat (moyenne et déviation standard)



On obtient une vitesse de rotation proche de celles trouvées dans la litterature pro. Les mesures pro varient en fonction de la méthode de mesure (radioastronomie HI, spectro à longue fente comme ici...), par exemple 183±7 km/s (https://arxiv.org/pdf/1609.00378.pdf) et 153 km/s (http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1983ApJ...269..136Y/0000144.000.html).

Je n'ai pas trouvé d'autre exemple de mesure de la rotation d'une galaxie avec des moyens amateurs en spectro basse résolution -> Ce serait bien de confirmer ce résultat sur une autre galaxie. Quoiqu'il en soit, même aux limites de la spectro basse résolution, le résultat est proche des mesures pros et c'était rigolo comme manip :-)

Facile !

Très belle présentation que tu nous fais encore là!
Mais bon, faut quand même avoir le cerveau assez bien organisé pour arriver à un tel résultat.  

Bravo pour ton boulot!

Bravo, bien joué, très bon résultat au passage, tu te frotte aux pro avec ton "humble" matos.