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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique PHY 6790: Astronomie galactique Cours 7: Structure spirale
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (M51)
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (M51) OPIOMM FaNTOmM
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (M51)
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (M81)
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale 2 bras spiraux trs rguliers que lon peut suivre sur 1 1/4 1 1/2 rvolution autour du noyau Bras ouverts & petit bulbe -> Sc Une des galaxies les plus symtrique -> grand design Implique un processus global de formation NGC 5364
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale Membre du GL, peu ou pas de bulbe & bras briss en toiles et en rgions HII ->Sc Pas ncessaire davoir t form par un processus global Origine plus locale que globale M 33 NGC 598
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale Exemple le plus dramatique de spirale barre SBb 2 bras ~symtriques sur ~180 o Dust lanes du noyau la fin de la barre suggre que de la matire circule de la barre au bulbe Au dbut de chaque bras il y a des rgions HII gantes Les bras partent au bout de la barre ce qui suggre que la barre est troitement lie aux bras NGC 1300
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale Sb (pec): peculiar est probablement le rsultat dun merger rcent Ce qui apparait comme des bras spiraux ne sont peut- tre que les queues dintraction
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale M 51 grand design NGC 7793 - floculent
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  • Facult des arts et des sciences Structure spirale Dpartement de physique
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Winding problem
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Problme dges Bras spiraux: structures qui durent plusieurs Ga Bras spiraux: composs dtoiles OB qui vivent quelques Ma Donc, bras spiraux ne peuvent tre composes toujours des mmes toiles
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale Les grandes diffrences dans les formes des bras spiraux dune galaxie lautre suggre quil y a plus dun mcanisme responsable. Trois mcanismes principaux sont proposs: 1.Les ondes de densit proposes par Lin & Chu dans les annes 60s 2.Self-propagating star formation propose par Mueller & Arnett en 1976 3.Interaction gravitationnelle (merger,accrtion, )
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (density wave) Pour les structures grand- design, Lin & Shu (1960) ont propos un modle o une onde avec un pattern speed p < qui compresse la ISM et induit la SF. Les toiles jeunes sont du ct leading de londe La SF continue pendant toute la vie de la galaxie
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (SPSS) SPSS est probablement le modle privilgier pour les structures floculentes toiles massives produisent des ondes de choc qui induisent de la SF qui leur tour produisent des ondes de choc Combine la rotation diffrentielle, on peut ainsi produire une structure spirale. Difficile utiliser pour modliser les grand-design Spatial distribution of Blue and Red Supergiants with ages less than 30 Myr in the LMC (Grebel & Grandner 1998) Gerola & Seiden 1978
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale (int. grav.) On sattend que la structure spirale induite par merger est un temps de vie plus court (comme lindiquent les simulations numriques) Les interactions gravitationnelles peuvent tre aussi dclencheurs de structures spirales plus long terme
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Structure spirale Nombres de bras: Une galaxie qui est identique aprs une rotation de 2 a une symtrie m et a m bras spiraux dominants La majorit des spirales ont 2 bras et sont dites avoir une structure spirale m=2 Bras leading ou trailing Un bras trailing est un bras dont lextrmit pointe dans la direction oppose la rotation et le bras leading pointe dans la direction de la rotation Dans la majorit des cas, les spirales ont des bras trailing
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Enroulement des bras Le pitch angle i dun bras un rayon r est langle entre la tangente du bras et le cercle r = constant Pitch angles mesurs en fonction du type morphologique pour 113 galaxies (Kennicutt 1981) On voit le critre denroulement de la classification de Hubble
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Orbites dans le plan du disque La vitesse angulaire est dtermine par le champ de force dans le plan de lorbite et est reli la vitesse linaire par = V/r, o V(r) est la courbe de rotation Pour une rotation rigide (sphre homogne), est constant (solid- body) Pour une orbite kplrienne (e.g. masse ponctuelle), ~ r -3/2 En gnral (ex.: systme solaire), dcroit avec le rayon, ce quon appelle la rotation diffrentielle Pour les courbes de rotation plates (vitesse circulaire linaire V(r) est constante), ~ r -1
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Orbites dans le plan du disque Frquence picyclique: frquence de petites oscillations radiales p/r aux orbites circulaires o Le mouvement dans une orbite plane est bien approxim par la superposition de deux mouvements: 1.Un mouvement rtrograde la frquence angulaire autour dune petite ellipse (picycle). La longueur des demi-axes de lpicycle sont dans un rapport 2.Un mouvement prograde du centre de lpicycle la frquence angulaire sur un cercle Orbite kplrienneOrbite rigide
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Orbites dans le plan du disque Exemples: 1.Une orbite kplrienne dans le systme solaire, = 1. Lorbite est ferme et elliptique. Lorbite elliptique dune plante dans le systme solaire = 1
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Orbites dans le plan du disque 2.En gnral, le rapport est diffrent et lorbite nest pas ferm et forme une rosette 3.Cependant, on peut voir le mouvement dans le rfrentiel en rotation une vitesse angulaire propre p et alors lorbite est ferm. Cette vitesse angulaire est choisie tel que: p n /m
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Diffrents modes Pour une masse qui complte 2 oscillations radiales en faisant une orbite azimuthale complte dans le rfrentiel en rotation, on a des ellipses avec le centre au centre du potentiel. Un rapport: a)un rapport (2/1) donne une barre b)un rapport (2/1) + offset azimuthal r 1/2 donne m=2 c)m=3 d)m=4
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique RsonancesRsonances 1.Rsonnance de Corotation: 0 = p 2.Rsonnances de Lindblad: m( 0 p ) = +/- 0 avec le signe + correspondant la rsonnance de Linblad interne (ILR) et le signe la rsonnance de Linblad externe (OLR).
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique RsonancesRsonances Dans ces calculs, on a choisi p = 80 km s -1. Les ondes de densit se propagent entre OILR et OLR. Il y a 2 ILR, de chaque ct du pic /2. Si la CR et une des rsonance sont connues, alors la CR, les autres rsonances et p sont connues. (Yuan & Kuo 1997)
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 1 Bournaud et al. 2005 les seuls modles qui semblent pouvoir expliquer les modes m = 1 sont les modles avec accrtion ou interaction gravitationnelle Galaxies lopsided
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 1 Baldwin et al. 1980 M 101 En fait, dans M101, on retrouve les modes m=1, m=2, m=3
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 2
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 2 Lowe et al. 1994
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 2 Hohl (1971) Gauche: disque stable selon les critres de Toomre (Q > 1) Droite: disque instable dveloppe naturellement une barre et une structure m = 2
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Mode m = 2 & m = 3 M 101 On fait ressortir les symtries en: 2-bras: rotation 180 o, soustraction de limage originale, pixels ngatifs mis zro et cette image soustraite de limage originale (milieu) 3-bras: rotation de 120 o, (droite)
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Indicateurs optiques de rsonance On pense, quen gnral, la fin des bras spiraux correspond lOLR Donc, OLR ~ R 25
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  • Facult des arts et des sciences Dpartement de physique Indicateurs optiques de rsonance NGC 5248 La corot