26.E : Galaxies (exercices)

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Pour une exploration plus approfondie

Des articles

Andrews, B. « Qu'est-ce que les galaxies essaient de nous dire ? » Astronomie (février 2011) : 24. Introduction à notre compréhension des formes et de l'évolution de différents types de galaxies.

Bothun, G. « Au-delà de la séquence de Hubble ». Sky & Telescope (mai 2000) : 36. Historique et mise à jour du système de classification de Hubble.

Christianson, G. « Maîtriser l'univers ». Astronomie (février 1999) : 60. Brève introduction à la vie et à l'œuvre de Hubble.

Dalcanton, J. « Les galaxies négligées ». Sky & Telescope (avril 1998) : 28. Sur des galaxies à faible luminosité, qui ont été faciles à ignorer.

Freedman, W. « Le taux d'expansion et la taille de l'univers ». Scientific American (novembre 1992) : 76.

Hodge, P. « L'échelle de distance extragalactique : enfin un accord ? » Sky & Telescope (octobre 1993) : 16.

Jones, B. « L'héritage d'Edwin Hubble ». Astronomie (décembre 1989) : 38.

Kaufmann, G. et van den Bosch, F. « Le cycle de vie des galaxies ». Scientific American (juin 2002) : 46. Sur l'évolution des galaxies et comment elle conduit aux différents types de galaxies.

Martin, P. et Friedli, D. « Au cœur de galaxies barrées ». Sky & Telescope (mars 1999) : 32. Sur des spirales barrées.

Osterbrock, D. « Edwin Hubble et l'univers en expansion ». Scientific American (juillet 1993) : 84.

Russell, D. « Les univers insulaires de Wright à Hubble ». Sky & Telescope (janvier 1999) 56. L'histoire de notre découverte des galaxies.

Smith, R. « Le grand débat revisité ». Sky & Telescope (janvier 1983) : 28. Sur le débat Shapley-Curtis concernant l'étendue de la Voie lactée et l'existence d'autres galaxies.

Sites Web

ABC de la distance : http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm. Résumé concis par l'astronome Ned Wright des différentes méthodes que nous utilisons pour déterminer les distances en astronomie.

Cosmic Times 1929 : http://cosmictimes.gsfc.nasa.gov/onl...mic/index.html. Projet de la NASA expliquant le travail de Hubble et les découvertes qui l'entourent comme si vous lisiez des articles de journaux.

Edwin Hubble : L'homme derrière le nom : https://www.spacetelescope.org/about...hind_the_name/. Biographie concise des membres du télescope spatial Hubble.

Edwin Hubble : http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee...ge_hubble.html. Un article sur la vie et l'œuvre de Hubble écrit par son étudiant et successeur, Allan Sandage. Un peu technique par endroits, mais qui donne une image réelle de l'homme et de la science.

Science de la NASA : introduction aux galaxies : http://science.nasa.gov/astrophysics... -sont des galaxies/. Un bref aperçu avec des liens vers d'autres pages et les récentes découvertes du télescope spatial Hubble.

Galerie des galaxies de l'Observatoire national d'astronomie optique : www.noao.edu/image_gallery/galaxies.html. Une collection d'images et d'informations sur les galaxies et les groupes de galaxies de différents types. Une autre archive impressionnante se trouve sur le site de l'European Southern Observatory : https://www.eso.org/public/images/ar...gory/galaxies/.

Sloan Digital Sky Survey : introduction aux galaxies : http://skyserver.sdss.org/dr1/en/ast...s/galaxies.asp. Encore un bref aperçu.

Extension de l'univers : http://hubblesite.org/newscenter/arc...leases/1999/19. Les documents de base présentés ici fournissent une belle chronologie de la façon dont nous avons découvert et mesuré l'expansion de l'univers.

Vidéos

Edwin Hubble (Hubblecast épisode 89) : http://www.spacetelescope.org/videos/hubblecast89a/. (5:59).

Galaxies : une introduction : https://www.youtube.com/watch?v=HYYgangrkZg. Une compilation de plusieurs courtes vidéos européennes qui décrivent d'abord les galaxies en général, puis se concentrent sur les galaxies dans les images du télescope Hubble (12:48).

Les vues de Hubble sur l'univers profond : https://www.youtube.com/watch?v=argR2U15w-M. Conférence publique organisée en 2015 par Brandon Lawton du Space Telescope Science Institute sur les galaxies et au-delà (1:26:20).

Activités de groupe collaboratives

Pendant une grande partie du siècle dernier, le télescope de 100 pouces situé sur le mont. Wilson (achevé en 1917) et le télescope de 200 pouces sur le mont Palomar (achevé en 1948) étaient les seuls suffisamment grands pour obtenir des spectres de galaxies faibles. Seule une poignée d'astronomes (tous des hommes, puisque, jusque dans les années 1960, les femmes n'avaient pas accès à ces deux télescopes) ont été autorisés à utiliser ces installations et, en général, les observateurs ne se sont pas fait concurrence mais ont travaillé sur des problèmes différents. Il existe aujourd'hui de nombreux autres télescopes, et plusieurs groupes différents travaillent souvent sur le même problème. Par exemple, deux groupes différents ont développé indépendamment les techniques d'utilisation des supernovae pour déterminer les distances par rapport aux galaxies présentant des décalages vers le rouge élevés. Quelle est, selon vous, la meilleure approche pour le domaine de l'astronomie ? Qu'est-ce qui est le plus rentable ? Pourquoi ?
Un parent éloigné, que vous invitez à dîner pour partager toutes les choses passionnantes que vous avez apprises dans votre cours d'astronomie, dit qu'il ne croit pas que les autres galaxies soient composées d'étoiles. Vous revenez dans votre groupe et demandez-leur de vous aider à répondre. Quels types de mesures feriez-vous pour montrer que d'autres galaxies sont composées d'étoiles ?
Regardez la miniature du chapitre avec votre groupe. Qu'est-ce que la différence de couleur entre les bras spiraux et le renflement d'Andromède vous apprend sur la différence entre les types d'étoiles qui peuplent ces deux régions de la galaxie ? Quel côté de la galaxie est le plus proche de nous ? Pourquoi ?
Que réagissez-vous à la lecture d'articles sur la découverte de l'univers en expansion ? Discutez de ce que les membres du groupe pensent d'un univers « en mouvement ». Einstein n'était pas à l'aise avec l'idée d'un univers animé d'un mouvement général au lieu d'être au repos. Il a introduit une sorte de « facteur fudge » dans ses équations de relativité générale pour l'univers dans son ensemble afin de l'empêcher de bouger (bien que plus tard, en entendant parler de l'œuvre de Hubble et Humason, il l'a qualifiée de « plus grande bévue » qu'il ait jamais commise). Partagez-vous le sentiment originel d'Einstein selon lequel ce n'est pas le genre d'univers dans lequel vous vous sentez à l'aise ? Selon vous, qu'est-ce qui a pu provoquer l'expansion de l'espace ?
Dans la science-fiction, les personnages parlent parfois de visiter d'autres galaxies. Discutez avec votre groupe du réalisme de cette idée. Même si nous avions des vaisseaux spatiaux rapides (se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, de la limite de vitesse de l'univers), quelle est la probabilité que nous puissions atteindre une autre galaxie ? Pourquoi ?
Malgré la fascination de son fils pour l'astronomie à l'université, le père d'Edwin Hubble ne voulait pas qu'il se lance dans l'astronomie en tant que profession. Il voulait vraiment que son fils devienne avocat et l'a poussé à apprendre le droit lorsqu'il a obtenu une bourse pour étudier à l'étranger. Hubble a fini par défier son père et s'est lancé dans l'astronomie, devenant, comme vous l'avez appris dans ce chapitre, l'un des astronomes les plus importants de tous les temps. Son père n'a pas vécu assez longtemps pour voir les remarquables réalisations de son fils. Pensez-vous qu'il se serait réconcilié avec le choix de carrière de son fils s'il l'avait fait ? Est-ce que vous ou quelqu'un de votre groupe ou de vos amis devez choisir entre la passion qui sommeille dans votre cœur et ce que les autres veulent que vous fassiez ? Discutez de la façon dont les étudiants d'aujourd'hui font face à de tels choix.

Questions de révision

Décrire les principales caractéristiques des galaxies spirales, elliptiques et irrégulières.
Pourquoi a-t-il fallu tant de temps pour établir l'existence d'autres galaxies ?
Expliquez ce qu'est le rapport masse/lumière et pourquoi il est plus petit dans les galaxies spirales comportant des régions de formation d'étoiles que dans les galaxies elliptiques.
Si nous réalisons maintenant que les galaxies elliptiques naines sont le type de galaxie le plus courant, pourquoi ont-elles échappé à notre attention pendant si longtemps ?
Quels sont les deux meilleurs moyens de mesurer la distance par rapport à une galaxie spirale voisine, et comment serait-elle mesurée ?
Quels sont les deux meilleurs moyens de mesurer la distance par rapport à une galaxie spirale isolée et lointaine, et comment serait-elle mesurée ?
Pourquoi la loi de Hubble est-elle considérée comme l'une des découvertes les plus importantes de l'histoire de l'astronomie ?
Que signifie dire que l'univers est en expansion ? Qu'est-ce qui est en expansion ? Par exemple, votre classe d'astronomie s'agrandisse-t-elle ? Est-ce que c'est le système solaire ? Pourquoi ou pourquoi pas ?
L'estimation initiale de Hubble concernant la distance par rapport à la galaxie d'Andromède était-elle correcte ? Expliquez.
Est-ce qu'une galaxie elliptique tourne comme une galaxie spirale ? Expliquez.
Pourquoi le disque d'une galaxie spirale apparaît-il sombre lorsqu'on le regarde de bord ?
Quelle est la cause du rapport masse/lumière le plus élevé : gaz et poussière, matière noire ou étoiles qui se sont éteintes ?
Quelle est la méthode d'ampoule standard la plus utile pour déterminer les distances par rapport aux galaxies ?
Lorsque vous comparez deux galaxies spirales isolées qui ont la même luminosité apparente, mais qui tournent à des rythmes différents, que pouvez-vous dire de leur luminosité relative ?
Si toutes les galaxies lointaines s'étendent loin de nous, cela signifie-t-il que nous sommes au centre de l'univers ?
La constante de Hubble est-elle réellement constante ?

Questions de réflexion

D'où peuvent provenir le gaz et la poussière (le cas échéant) d'une galaxie elliptique ?
Pourquoi ne pouvons-nous pas déterminer les distances par rapport aux galaxies en utilisant la même méthode que celle utilisée pour mesurer les parallaxes des étoiles ?
Qu'est-ce qui est le plus rouge : une galaxie spirale ou une galaxie elliptique ?
Supposons que les étoiles d'une galaxie elliptique se soient toutes formées quelques millions d'années peu après la création de l'univers. Supposons que ces étoiles aient une gamme de masses, tout comme les étoiles de notre propre galaxie. Comment la couleur de l'elliptique changerait-elle au cours des prochains milliards d'années ? Comment évoluerait sa luminosité ? Pourquoi ?
En commençant par déterminer la taille de la Terre, décrivez une séquence d'étapes nécessaires pour obtenir la distance par rapport à un amas de galaxies éloigné. (Conseil : consultez le chapitre sur les distances célestes.)
Supposons que la Voie lactée soit vraiment isolée et qu'aucune autre galaxie n'existe à moins de 100 millions d'années-lumière. Supposons que des galaxies aient été observées en plus grand nombre à des distances supérieures à 100 millions d'années-lumière. Pourquoi serait-il plus difficile de déterminer des distances précises par rapport à ces galaxies que s'il y avait également des galaxies relativement proches ?
Supposons que vous soyez Hubble et Humason et que vous travailliez sur les distances et les déplacements Doppler des galaxies. Quelles sortes de choses devriez-vous faire pour vous convaincre (et convaincre les autres) que la relation que vous observez entre les deux quantités est une véritable caractéristique du comportement de l'univers ? (Par exemple, les données provenant de deux galaxies seraient-elles suffisantes pour démontrer la loi de Hubble ? Les données provenant uniquement des galaxies les plus proches, dans ce que les astronomes appellent « le groupe local », seraient-elles suffisantes ?)
Qu'est-ce que cela signifie si une galaxie elliptique possède des raies spectrales plus larges qu'une autre galaxie elliptique ?
Sur la base de votre analyse des galaxies présentée\(26.3.1\) dans le tableau de la section 26.3, existe-t-il une corrélation entre la population d'étoiles et la quantité de gaz ou de poussière ? Expliquez pourquoi cela pourrait être le cas.
Un rapport masse/lumière plus élevé peut-il signifier la présence de gaz et de poussière dans le système analysé ?

Se débrouiller par vous-même

Selon la loi de Hubble, quelle est la vitesse de récession d'une galaxie située à des\(10^8\) années-lumière de nous ? (Supposons une constante de Hubble de 22 km/s par million d'années-lumière.)
On observe qu'un amas de galaxies a une vitesse de récession de 60 000 km/s. Déterminez la distance jusqu'à l'amas. (Supposons une constante de Hubble de 22 km/s par million d'années-lumière.)
Supposons que nous puissions mesurer la distance jusqu'à une galaxie à l'aide de l'une des techniques de distance répertoriées dans le tableau\(26.4.1\) de la section 26.4 et qu'elle s'avère être de 200 millions d'années-lumière. Le décalage vers le rouge de la galaxie nous indique que sa vitesse de récession est de 5 000 km/s. Qu'est-ce que la constante de Hubble ?
Calculez le rapport masse/lumière pour un amas globulaire d'une luminosité de 106\(L_{\text{Sun}}\) et d'\(10^5\)étoiles. (Supposons que la masse moyenne d'une étoile dans un tel amas soit de 1\(M_{\text{Sun}}\).)
Calculez le rapport masse/lumière pour une étoile lumineuse de 100\(M_{\text{Sun}}\) ayant la luminosité de\(10^6\)\(L_{\text{Sun}}\).