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champ de vitesse - Université de Laval

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Comment peut-on étudier la<br />

cinématique <strong>de</strong>s galaxies ?<br />

Julie Hlavacek-Larrondo<br />

Département <strong>de</strong> physique, <strong>Université</strong> <strong>de</strong> Montréal<br />

Superviseur : Dr. Clau<strong>de</strong> Carignan


Plan<br />

Objectif : Extraire l’information nécessaire pour comprendre<br />

la structure dynamique générale <strong>de</strong> la galaxie (mais aussi<br />

ses propriétés asymétriques).<br />

I. Obtenir le <strong>champ</strong> <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong><br />

II. Extraire les paramètres cinématiques, ainsi que la<br />

courbe <strong>de</strong> rotation<br />

III. Analyser les résultats


I. Obtenir le <strong>champ</strong> <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong><br />

• Champ <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong> :<br />

image 3D <strong>de</strong> la galaxie<br />

(photo 2D + spectre en chaque pixel)<br />

• Étu<strong>de</strong> <strong>de</strong> le raie H� (Effet Doppler)<br />

� Raie d’émission à 6563 Å (source au repos)<br />

� Révèle la présence <strong>de</strong> régions HII (jeunes étoiles<br />

émettent <strong>de</strong> la radiation UV qui ionise le gaz ;<br />

ce gaz finit par se recombiner en émettant du H�)


1. Observations<br />

Fabry-Pérot<br />

(interférométrie)<br />

Comment ?<br />

2. Réduction <strong>de</strong>s données : Logiciel ADHOCw<br />

http://www.oamp.fr/adhoc/<br />

Interferometry Group, Laboratoire d'Astrophysique <strong>de</strong> Marseille (France)


Étapes <strong>de</strong> la réduction<br />

1. Calibrage <strong>de</strong>s données<br />

(lampe Néon)<br />

2. Smoothing spectrale<br />

- Type Hanning<br />

(0.25 – 0.5 – 1.0 – 0.5 – 0.25)<br />

- Type gaussien est trop fort<br />

3. Soustraction du ciel<br />

4. Smoothing spatiale<br />

- Rend l’image plus uniforme<br />

- Type gaussien<br />

(w � = 2 pixels)


5. Extraction du <strong>champ</strong> <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong> et <strong>de</strong> la carte<br />

monochromatique (flux intégré)<br />

Nous obtenons un <strong>champ</strong> <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong> RADIALE


II. Extraire les paramètres cinématiques,<br />

ainsi que la courbe <strong>de</strong> rotation<br />

Pour étudier la cinématique, il faut déterminer<br />

la <strong>vitesse</strong> <strong>de</strong> ROTATION à partir <strong>de</strong> la <strong>vitesse</strong> RADIALE.<br />

GIPSY (Groningen Image Processing System)


GIPSY<br />

(Allen et al. 1985)<br />

Permet une analyse spectrale détaillée<br />

Initialement conçut pour les données HI (21 cm)<br />

• Sous-routine ROTCUR : (Begeman, 1992)<br />

dérive les paramètres cinématiques du <strong>champ</strong> <strong>de</strong> <strong>vitesse</strong> en lui<br />

ajustant <strong>de</strong>s anneaux inclinés (incluant la <strong>vitesse</strong> <strong>de</strong> rotation).<br />

• Paramètres cinématiques : (en fonction du rayon <strong>de</strong> l’anneau)<br />

- Vitesse systémique (V o , <strong>vitesse</strong> du centre dynamique <strong>de</strong> la galaxie<br />

par rapport au soleil)<br />

- Centre dynamique (xo, yo)<br />

- Inclinaison (i, angle entre la normale du plan <strong>de</strong> la galaxie et notre<br />

ligne <strong>de</strong> visée)<br />

- Angle <strong>de</strong> position du grand axe (�)<br />

- Vitesse <strong>de</strong> rotation (V rot )


Pourquoi ses paramètres ?<br />

Vo(r) (xo(r), yo (r)) i(r) pa(r) Vrot(r)<br />

V(x,y) = Vitesse radiale observée<br />

V(x,y) = Vo + Vrot(r)sin(i)cos(�)<br />

+ V exp (r)sin(i)sin(�)<br />

cos(�) = ( -(x-xo)sin(�) + (y-yo)cos(�) ) / r<br />

sin(�) = ( -(x-xo)cos(�) - (y-yo)sin(�) ) / rcos(i)


GIPSY, task ROTCUR<br />

• Ajustement d’anneaux inclinés au <strong>champ</strong><br />

<strong>de</strong> <strong>vitesse</strong><br />

• Les anneaux sont circulaires<br />

• Les anneaux sont indépendants l’un par<br />

rapport aux autres<br />

• Métho<strong>de</strong> d’ajustement <strong>de</strong>s moindres carrés<br />

• Tient compte <strong>de</strong>s effets <strong>de</strong> projections (paramètres ajustable -<br />

Free angle)<br />

• Maximise les points autour du grand axe («weighting function»)<br />

(les anneaux peuvent se superposer autour du petit axe)<br />

• Paramètres initiaux : valeurs photométrique


Métho<strong>de</strong> générale<br />

1. Détermine le centre dynamique (xo,yo) et la<br />

<strong>vitesse</strong> systémique (Vo)<br />

- En générale, ses paramètres ne dépen<strong>de</strong>nt pas du rayon (ils<br />

dépen<strong>de</strong>nt uniquement sur la symétrie <strong>de</strong> notre <strong>champ</strong> <strong>de</strong><br />

<strong>vitesse</strong>)<br />

2. Détermine i et PA<br />

(both si<strong>de</strong>s, approaching, receding)<br />

3. Extraction <strong>de</strong> la courbe <strong>de</strong> rotation<br />

(V rot versus r)


Résultats :<br />

NGC 247 et NGC 300


III. Analyse <strong>de</strong>s résultats<br />

• Présence d’une barre ?<br />

• Mouvement non-circulaire : « bubbles » ?<br />

• Analyse harmonique, pour étudier le caractère<br />

« lopsi<strong>de</strong>d » <strong>de</strong>s galaxies.<br />

• Analyse <strong>de</strong>s modèles <strong>de</strong> masse.


Merci !<br />

Et bonne soirée !

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