Galaxies à noyau actif

Pour commencer, M106.

J'ai déterré et retraité pour l'occasion cette image faite avec un T150/750 + CCD314, en ville :



(L 142x90sec et 3x21x90 sec pour les filtres RGB, traitement simple dans PI avec juste les niveaux et l'assemblage LRGB)

On remarque déjà que le noyau de la galaxie est particulièrement brillant par rapport au reste de la galaxie spirale. Il pourrait presque ressembler à une étoile; ce critère était d'ailleurs utilisé pour définir les galaxies de Seyfert, des galaxies à noyau actif très intéressantes car elles ressemblent beaucoup à des quasars par bien des aspects.

Voici le spectre brut de pomme de M106, avec la fente du spectro sur le noyau de la galaxie :



(Alpy 600 CCD314 TN200 12 x 600 sec, en ville)

Et le spectre traité :

On remarque qu'il y a des pics en émission.. intéressant, on y reviendra ! Le spectre du noyau de la M106 qu'on regarde ici est celui de nombreuses (millions, milliards) d'étoiles dans le coeur, c'est un spectre composite. On peut le comparer à celui d'étoiles de référence, comme celui d'une étoile de type G :



Dans les nombreuses raies d'absorption, on peut noter un petit décalage vers la droite (vers le rouge) des raies de M106 par rapport à celles de l'étoile de référence; c'est un décalage vers le rouge, par effet Doppler-Fizeau, M106 semble s'éloigner de nous ! Avec la formule de Doppler, on peut mesurer la vitesse radiale, je trouve ici ...



420 km/s, c'est proche de la valeur mesurée par les pros, 462 km/s que l'on trouve dans la base Simbad: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-basic?Ident=M106&submit=SIMBAD+search

M106 s'éloigne de nous, par mouvement relatif à la Voie Lactée, et/ou déjà un signe de l'expansion de l'univers ? Mais on s'éloigne du sujet

Mais non, ce ne sont pas des pros, ce sont des amateurs qui jouent avec le matos des pros. Bravo pour la mésure avec l'alpy et le soft d'amateur.

Le spectre de M106 annoté pour les principales raies :



Toutes les raies classiques des galaxies en absorption sont là (les raies H et K de Fraunhofer du Ca, la bande G du CH, H gamma et beta... la raie du Ca/Fe à 5270, le doublet du Na à 5889/95, le triplet du Mg à 5167-5183).

Mais, c'est rigolo, on a des raies en émission, comme dans les nébuleuses planétaires:
le doublet [NII] 6548+6584, H alpha 6563, et le doublet [OIII] 4959+5007

Les galaxies qui montrent des raies en émission dans leurs cœurs sont nombreuses. Un autre exemple que j'avais observé il y a quelques années, NGC 6217 (Arp 185) dans la petite ourse :



Sur cette planche une image de 83x90 sec à la CCD 314 et TN150, en ville sous les lampadaires. Et dans la foulée un spectre au star analyzer 30x120 sec avec la CCD 16HR (bin 2). Le spectre montre facilement une raie intense en émission dans le noyau de la galaxie.

Un autre exemple, plus connu, d'une galaxie qui montre des raies en émission dans le coeur, M82 le cigare bouillant :



L'image de M82 encore sous mon lampadaire boule au 150/750, en LHaRGB, et 24x90 sec avec le filtre star analyser, 150/750 et ccd 314l+. On voit bien les images "d'ordre zéro" de la galaxie et des étoiles environnantes, ainsi que les spectres dispersés vers la droite. La raie en émission H alpha est ici très importante...

Difficile de dire à ce stade si c'est le même phénomène qui anime M106, M82, NGC6217; mais toute sont clairement des galaxies à noyau actif (AGN)

Pour continuer la série des galaxies à noyau actif, voici Markarian 304, que nous avons observé au T60 au Pic du Midi avec l'équipe gratin de photons.

C'est une galaxie très distante, elle n'apparait que comme une étoile un peu floue sur les images du DSS :



Pendant l'observation, la caméra de guidage permet de vérifier que la fente est positionnée sur la cible :



Le spectre dévoile la vraie nature de cette "étoile" : un monstre ultra violent !



Le continuum qui monte dans le bleu suggère un objet très chaud, et les raies en émission très larges signent qu'il y a des gaz excités très chauds, en mouvement extrêmement rapide.

De plus les raies montrent un décalage (redshift) vers le rouge important :





Mrk 304 est très distant, le temps que sa lumière nous parvienne l'expansion de l'univers a eu le temps de faire son œuvre et d'étirer la longueur d'onde de sa lumière. Du coup en mesurant ce décalage on mesure sa distance ! En appliquant la relation de Hubble-Lemaitre, on trouve D= c z / H0 = 280 Mpc (mega parsec) ou 840 million d'années lumière

Avec la relation de Doppler en mesurant la largeur des raies on mesure ainsi la vitesse des vents dans l'objet :

En dirait une simple étoile, mais ce décalage du spectre c 'est vraiment quelque chose. Avec cette météo, c'est le bon moment de ressortir les fonds de tiroir.

Tout à fait ! Donc voici pour comparaison un spectre du cœur de M82 que j'avais fait en 2016 :

L'image de la caméra de guidage :



Le spectre brut et traité :





Le spectre annoté :



Ici le spectre n'est pas décalé sensiblement vers le rouge (M82 est beaucoup plus proche de la Voie Lactée) et les raies en émission, bien qu'intenses, sont très fines. Ce n'est pas du tout le même mécanisme en jeu dans les cœurs de M82 et Mark 304

Je trouve toujours aussi incroyable que tu arrives à rendre des résultats aussi intéressant avec de simples courbes !

Bravo pour ce "travail". Tu donnes vraiment envie de faire de la spectro ! Ce qui n'était pas gagné d'avance ! :-D

Et si on "pesait" le trou noir supermassif au cœur de Mrk304 ??

Le sujet dédié ici : https://urania.forumactif.fr/t1725-le-trou-noir-de-la-galaxie-markarian-304

Passons à une autre galaxie à noyau actif, M77.

Une belle galaxie, vue ici par Hubble


https://www.spacetelescope.org/news/heic1305/

J'ai enregistré quelques spectres de M77 avec le spectro Alpy, CCD 314 sur un petit T 0,2 m sous un ciel Pyrénéen



Une image du guidage sur une étoile proche de la cible pendant l'acquisition. Le ciel était beau et calme, la monture ronronnait tranquillou, l'erreur du guidage restait dans la seconde d'arc, c'était pas mal.



Une image brute d'un spectre (pose de 900 sec):



Le spectre traité (du coeur) de M77, avec 5 poses de 900 sec :



On voit de suite que le spectre de M77 ressemble à celui de M82 ou de Mrk 304 : dominé par des raies en émission, encore un AGN. Mais il montre une différence fondamentale : les raies en émission de M77 sont élargies par rapport à celles de M82, mais beaucoup moins que celles de Mrk 304. Mmmmm...

La suite ! La suite ! La suite !

Ton gros chercheur est-il indispensable pour vérifier la cible ? Ou bien est-ce simplement du confort ?
J'ai encore ma petit QHY5LII couleur ... elle pourrait servi à cela si besoin (sur mon setup).

Fred, je me sers du gros chercheur pour viser des étoiles brillantes, en début de soirée, ou quand je fais du saute-étoile vers une cible. J'ai un oculaire réticulé. Avec une petite caméra ça peut faire un chercheur électronique Pour vérifier la cible, avec une carte de champ en général on est vite fixé. La solution ultime est de faire une astrométrie sur l'image de la caméra de guidage.

Pour continuer à disséquer les AGN et comprendre le spectre de M77 par rapport à celui de Mrk304, on peut s'appuyer sur le modèle de fonctionnement et de géométrie de ces monstres :



Dans les noyaux de galaxies actives (AGN) c'est la matière qui tombe vers le trou noir supermassif central qui frotte chauffe et rayonne en formant le disque d'accrétion. Sur le spectre de Mrk304 ça se traduit par le continuum très chaud (qui monte vers le bleu). A distance du disque d'accrétion, des nuages d'hydrogène en rotation autour du trou noir sont excités par les photons énergétiques émis par le moteur central, et forment les raies de Balmer en émission (avec l'élargissement Doppler des raies du à la vitesse très rapide des nuages). Plus loin du moteur central, une région plus calme, très peu dense, est éclairée par le moteur central: ils s'y forme des raies fines interdites de l'oxygène, comme dans les nébuleuses planétaires. Le coeur galactique est entouré par un tore de poussière qui cache ou pas le moteur central et la zone de formation des raies larges, en fonction de l'inclinaison du système par rapport à la ligne de visée. Avec Mrk 304, une Seyfert de type 1, on voit directement le disque d'accrétion et la région des raies larges (les nuages d'hydrogène en rotation rapide). Chez M77, une Seyfert de type 2, notre ligne de visée est plus inclinée, le moteur central est caché par le tore, le continuum est moins chaud (on ne voit pas le disque), les raies de Balmer en émission ne sont pas élargies (on ne voit pas la région des raies larges) mais on voit toujours la région des raies fines. C'est simple mon cher Sherlock !

Mais... en boostant les niveaux et en zoomant sur les raies en émission de M77, on se rend compte de deux choses intéressantes: elles s'étendent dans les bras de par et d'autre du coeur de la galaxie, et les raies sont décalées vers le bleu (gauche) / rouge (droite) de part d'autre du coeur ..!



(ici zoom 300% sur la raie Ha)

L'explication, c'est la rotation de la galaxie qui induit ce décalage Doppler:



Mais alors...
...ça veut dire qu'on peut mesurer la vitesse de rotation de M77 ! Donc sa masse ! Et même sa courbe de rotation
L'analyse est là : https://urania.forumactif.fr/t1732-courbe-de-rotation-de-m77

Super sympa mais technique. la meilleure photo c'est celle de ton matos en place dans les Pyrénées.
Ça n'a pas l'air très hivernal!
La nuit on doit comme même sentir la fraîcheur.

On ne vois pas de trou noir dans l'image de hubble .

Hubble, tant qu'il ne chausse pas un spectro, il ne voit pas grand chose

Tiens, par exemple, il peut déterminer la distance de M77 sur son image ?

...

Et bien avec notre petit spectre, on peut :

H0 c'est la constante de Hubble.

Alors des km ... ça je connais
Des km/s .... ça va aussi
mais des km/s/Mpc ... là je suis perdu. Ca correspond à quoi ? Qu'à chaque Mpc on accélère de 72 km/s ?
(j'ai toujours été nul en math)

Bon d'un autre côté ça parait logique si la distance = v/H0

Les unités en astro, c'est souvent une horreur...

Mpc = méga parsec = 1 million de parsec. 1 pc = distance à laquelle 1 unité astro (distance terre - soleil) sous tend un angle d'1 arcsec. Soit 3,3 années lumières.

Ca commence bien hein

La constante de Hubble H0 en km/s/Mpc veut dire que du fait de l'expansion de l'univers (on néglige un effet d'un mouvement propre de l'objet à très grande distance), un objet située à 1 Mpc s'éloigne à une vitesse apparente de H0 km/s. Un objet à 10 Mpc s'éliogne à 10 x H0 km/s. Etc.

On n'est pas encore fixé sur la valeur de H0. Plus on la mesure par diverse méthodes et plus il semble qu'elle pourrait prendre deux valeurs différente en fonction de la méthode. Donc les astrophysiciens ont un problème intéressant En attendant, on prend souvent 73 (une moyenne).

Une autre galaxie à noyaux actif, au coeur de l'amas de Persée, observée au Pic du Midi avec les copains pendant la mission gratin de photons, NGC 1275



On voit de suite avec les raies en émission élargies que c'est une galaxie de Seyfert. On retrouve a vue de pif des raies de l'H et des raies interdites, décallées vers le rouge du à son éloignement et à l'expansion de l'Univers.

Une question bête (j'en ai plein en réserve ... plus que de réponses intelligentes en tous les cas )

Le profile (le continuum) de la galaxie est assez plat. Cela veut-il dire que en moyenne , on a un répartition assez uniforme des étoiles chaudes et des étoiles froides (du moins dans la gamme de longueurs d'ondes de l'alpy) ?

Bonne question !
Tu as tout compris, on regarde un spectre composite..: formé par toutes les étoiles de la galaxie qu'on observe. Et de son trou noir central et son disque d'accrétion (moteur principal des raies en émission des Seyfert). Et des poussières/gaz qui absorbent/diffusent plus ou moins en fonction de la longueur d'onde. Sans oublier ceux intergalactiques, et ceux dans notre Voie Lactée. Donc la composante de tout ça c'est que c'est compliqué et que c'est logique d'observer un continnum plutôt plat ou rouge dominé par les raies en émission Seyfert.
Un bon diaporama de cours sur les spectres de galaxies: "http://star-www.st-and.ac.uk/~spd3/Teaching/PHYS1002/phys1002_lecture6.pdf" (copier le lien entre les guillemets.. le forum bug en le mettant en forme dans mon message)

Super lien ...je vais lire ça avec attention !