Courbe de rotation de M77

On va continuer ici l'analyse du spectre de M77 (commencé ici : https://urania.forumactif.fr/t1718-galaxies-a-noyau-actif) et faire en amateur (pour la première fois ?) une courbe de rotation d'une galaxie

Une courbe de rotation de galaxie c'est la vitesse de rotation des étoiles/nuages de gaz autour du centre d'une galaxie en fonction de leurs distances au centre. Vera Rubin, immense astronome, à été pionnière pour mesurer ces courbes. Et ce faisant elle a découvert que les étoiles à la périphérie des galaxies vont beaucoup plus vite que calculé par les lois de Newton : la vitesse de rotation des galaxies est constante à grande distance du centre. Ça indique qu'il y a une "masse manquante", la matière noire  




Le spectre brut de M77, avec les niveau resserrés, montre des raies en émission qui s'étendent de part et d'autre du coeur



On extrait une série de spectres le long de la fente (tout les 3 pixels, intégrés sur 3 pixels, 23 en tout). On a donc l'information spectrale selon une dimension le long de la fente positionnée sur la galaxie



Sans trop détailler la technique, les spectres sont intégrés le long de la ligne bleue à la position Y choisie (ici 450 px), les bandes délimitées par les lignes vertes de part et d'autre désignent le fond de ciel qui est retranché au spectre traité.

On obtient une série de spectres :

C'est absolument magnifique

Merci Vincent, mais il reste maintenant à exploiter ces spectres.

Maintenant qu'on a les spectres le long de la fente, on peut mesurer sur chaque spectre les positions des diverses raies, et on construit un tableau de données :



Puis, Les longueurs d’ondes observées pour chaque position Y le long de la fente peuvent être exprimées en z (x c =  vitesse), relativement à la Terre ou au centre de M77. En effet, Z = (lambda observé - lambda au repos)/lambda au repos et V = c Z ; les calculs sont simples ! On prend ici le z moyen calculé sur les différentes raies observées.

On obtient un premier graphe de vitesse le long de la fente :



Il nous reste encore un petit calcul à faire: il nous faut exprimer les positions Y le long de la fente en distance linéaire R (en kiloparsec) depuis le centre de M77

Il nous faut la distance de M77.

On a déterminé le z du coeur (on choisi le spectre avec le plus de signal et de raies mesurables comme approximation de la détermination du centre galactique) (Notez comme notre mesure de z est bien proche de celle mesurée par les pros).

Donc avec la loi de Hubble-Lemaitre D = cz/H0 on obtient la distance de 15,9 MPc. H0 est la constante de Hubble dont la mesure exacte fait tant débat en ce moment.



On peut ensuite calculer la distance linéaire r = angle d’échantillonnage x D.

L'angle d’échantillonnage e = taille des pixels de la caméra x focale du télescope.

Ainsi on convertit la position en pixel le long de la fente en distance linéaire R au centre de M77.

Tadaam, voici la courbe de rotation obtenue :

Super résultat !!!

Les 1ers points à gauche et à droite du centre montre un sens de rotation inversé par rapport aux points suivants.
Est-ce une erreur de mesure, ou bien le centre tourne-t-il dans le sens inverse ?

Merci Fred, c'est une question qui m'a un peu empêché de dormir (pas autant que la pandémie actuelle mais bon). Une rotation inverse d'une partie de la galaxie parait peu plausible (quoique, on trouve des papiers qui décrivent ce phénomène, mais c'est à des échelles beaucoup plus petites, dans le coeur galactique). Ou bien est-ce le signe de phénomènes violents locaux avec des vents et un déplacement le long de la ligne de visée qui fausse la rotation ?

Je pense que l'explication la plus raisonnable & probable se trouve dans l'erreur de la mesure de chaque point. J'ai essayé de l'estimer en calculant l'erreur standard pour chaque point en fonction des différentes raies identifiées/mesurées; ça donne ça



(edit, re-analysé proprement avec un grapheur)

Vu les barres d'erreur, on ne peut pas considérer que les vitesses de rotations sont vraiment différentes dans le coeur.

L'erreur de mesure élevée dans le bulbe indique bien qu'il n'est pas trivial de déterminer précisément la position du coeur

On voit que la courbe est symétrique de part et d'autre du coeur; on peut donc s'amuser à tracer la courbe de vitesse de rotation en fonction de la distance en valeur absolue :



On voit que la vitesse augmente avec la distance puis semble s’aplatir sans diminuer. Ce n'est donc pas du tout une courbe "Képlérienne" d'une masse centrale qui gouvernerait la rotation du système, comme dans le système solaire avec la masse du soleil qui domine.

La matière noire est au coin du bois ?

Elle est plus loin, on commence juste a voir le bout de sa queue...

Un autre graphe ou le rayon est exprimé en arcsec et en kpc




Je pense que ce résultat est correct, car il se compare très bien à des courbes de rotation publiées par des pros. Par exemple

http://articles.adsabs.harvard.edu//full/1982A%26A...112..361G/0000363.000.html

C'est quand même une belle performance d'avoir des données aussi proches de celle des pros !

Super travail Jean-Phi !!

L'aplatissement de la courbe de rotation est un aperçu de la matière noire..! La forme de cette courbe ne peut pas s'expliquer par une masse centrale qui gouvernerait la rotation de la galaxie, comme le soleil dans le système solaire. Pour expliquer une telle courbe de rotation, il faut un bulbe cnetral, un disque, et un halo de matière noire invisible mais qui impose sa gravité



(sur ce schéma on voit la courbe de rotation de notre Voie Lactée, avec un radio télescope qui permet d'obtenir des vitesses à grande distance sans être gêné par l'extinction de la matière interstellaire.. ça aussi c'est une manip qu'on peut faire en amateur..! une autre histoire)

Je ne reconnais pas M77. Je ne connais que la belle spirale.
Ces courbes ca me donne mal de tête, ce n'est pas évident à suivre!

Faut pas se compliquer le neurone plus que c'est; juste retenir que la spectro (même amateur) permet de voir les galaxies tourner