Observations spectroscopiques de galaxies lointaines

La spectroscopie est l’observation du spectre de la lumière des astres : son étude révèle de nombreuses informations sur la cible observée.

Je me suis intéressé à cette pratique de l’astronomie cet hiver, tout d’abord en visant quelques galaxies actives lointaines. Dans le spectre de celles-ci il est possible d’observer des raies spectrales faciles à identifier, décalées vers le rouge en raison de l’expansion de l’univers : celle-ci entraîne que plus une galaxie est loin de l’observateur, plus elle semble le fuir à une vitesse élevée.

Spectre de NGC769

 

NGC 7469 :

NGC7469 est une galaxie visible en direction de la constellation de Pégase. La longueur d’onde des différentes raies spectrales reconnaissables λobs à été mesurée et comparée à celle mesurable en laboratoire λ0 pour déterminer le décalage vers le rouge z = λobs0 / λobs :

  λ0 λobs (λobs0)obs
4861.3 Å 4936 Å 0.01536
[O III] 4958.9 Å 5034 Å 0.01504
[O III] 5006.9 Å 5083 Å 0.015109
[N II] 6548.1 Å 6655 Å 0.016255
6562.8 Å 6668 Å 0.016027
[N II] 6583.4 Å 6688 Å 0.01589
moyenne
   z=
0.015613

En utilisant le modèle de l’effet DopplerFizeau, cela correspond à une fuite de cette galaxie à une vitesse v = cz = 299792×0.015613 = 4680km/s.

D’après la Loi de Hubble cette vitesse de fuite est proportionnelle à la distance, selon le rapport v=H0×d (avec H0 la (quasi)constante de Hubble H0=70km/s/Mpc), d’où le calcul de la distance d=v/H0 = cz/H0 = 66.868Mpc = 218 100 000 années-lumière.

 

Mrk 1501 :

Satisfait de ce résultat, j’ai réédité une telle observation sur la galaxie Mrk1501, bien plus discrète, mais plus éloignée.

Spectre de Mrk1501

Le spectre est du coup bien plus décalé :

  λ0 λobs (λobs0)obs
[O III] 4958.9 5412 0.091367
[O III] 5006.9 5465 0.091505
6562.8 6668 0.090690
moyenne     0.091187

Soit une vitesse de récession v = cz = 299792×0.091187 = 27 337 km/s. Cependant cette formule n’est qu’une approximation valable pour des valeurs z faibles par rapport à 1 ; pour z=1, cela entraînerait une vitesse de fuite égale à celle de la lumière… ce qui poserait quelques soucis. Les effets de la relativité restreinte sont alors à prendre en compte, gonflant un peu la formule :

v=c×(1+z)²1(1+z)²+126 095 km/s

L’étape suivante est le calcul d’une distance approximative avec la Loi de Hubble v=H0×d ou d=v/H0 , ce qui avec H0=67.8km/s/Mpc nous mènerait à quelques 1 255 000 000 années-lumière.

 

Ces observations ont été réalisées avec la matériel du CALA, dont un spectrographe Shelyak LISA ; le traitement est réalisé avec ISIS, les graphes générés avec des scripts gnuplot mis en ligne sur SpectroARAS.

 


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