Redshift - Pagesperso

T6S
2012
Redshift
Thème Observer
D’après le site Hands on Universe http ://www.euhou.net/
On se propose d’étudier le spectre de la galaxie ngc7083 fait à l’aide d’un spectroscope à fente placé derrière un télescope.
1. Objet d’étude:
DSS image provided by space Telescope Science institute
 A l’aide du logiciel Stellarium ou autre
(googlesky , sky-map.org…), rechercher
ngc7083.
1. Peut-on la voir depuis la France ?
2. Dans quelle constellation se trouve-t-elle ?
3. Rechercher sur le site de la nasa :
http://ned.ipac.caltech.edu/cgi-bin/nphbjsearch?objname=NGC%207083#NR_Distances_2
la distance de cette galaxie estimée par
d’autres méthodes que le redshift.
Fente du spectroscope
Bras spiraux
Noyau de la galaxie
Remarque : Un parsec vaut 3,26 année de lumière.
 Lancer le logiciel Iris
 Définir le répertoire de travail :
\Devoirs\Fort\Galaxie\
 Ouvrir ngc_7083rid.fits
(faire un réglage Auto de la luminosité et un
zoom)
(Si iris n’est pas installé photofiltre et ngc7083.bmp)
4. Commenter la forme des raies, l’expliquer succintement.
5. Comment nomme-t-on l’effet observé ?
Il s’agit d’une partie du spectre seulement.
Pour faire des Mesures, nous avons besoin des
échelles en longueur d’onde.
On obtient le spectre ci-dessous :
(ESO Chili).
Position dans la galaxie
(y en pixels sous Iris)
 Fichier\InformationImage

Pour l’échelle en longueur d’onde,
Relever :
CRPIX1 = ………… / Reference pixel
CRVAL1 = …….. ../ Coordinate at ref pix
CDELT1 = ………. / increment per pixel
CTYPE1 =………. / Units of
coordinate
Longueur d’onde λ
(x en pixels sous Iris)
Ainsi on montre que
λ = 4937 + (x+1559)* 0.986999988556
2. Vitesse de fuite de la Galaxie :
1. A partir de vos formules de cours sur l’effet Doppler (
, montrer que l’on peut-écrire :
Ce décalage est donc fonction de la vitesse relative d’éloignement, ce qui permet aux astrophysiciens de déterminer la vitesse
d’un astre.
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2. Pourquoi le décalage n’est-il pas le même au centre de la
galaxie et sur les bords ?
3. La vitesse de fuite des galaxies correspond-elle à la vitesse
du noyau ou des bras ?
Sur le spectre on voit 5 raies, les longueurs d’onde correspondantes
mesurées sur un spectre dans un laboratoire terrestre valent :
NII : 654.80 nm ;
Hα: 656.28 nm ;
NII : 658.35 nm ;
SII : 671.60 et 673.10 nm.
 Relever la position(en pixels) des 5 raies au centre de la galaxie.
Spectre de NGC
raie
Spectre sur Terre
x
7083
.λ (nm)
(pixels)
λ (nm)
NIIa
654.80
Hα
656.28
NIIb
658.35
SIIa
671.60
Redschift
∆λ/λ
Vh= c. ∆λ/λ
(km/s)
SIIb
673.10
1. Les longueurs d’onde reçues sont-elles plus grandes ou plus petites que celle émise ?
2. Expliquer alors le terme Redshift.
3. Calculer la vitesse héliocentrique Vh (ou vitesse de déplacement du noyau par rapport à nous ) de cette galaxie.
3. Loi de Hubble et estimation de l’âge de l’univers :
E.Hubble a découvert dans les années 1920 que l’univers est en expansion.
En effet Hubble observe une quarantaine de Galaxies ;sur cette quarantaine , 36
s'éloignent de nous ( leur spectre est décalé vers le rouge ), et 5 seulement se
rapprochent ! C’est pourquoi on nomme le Redshift.
On utilise parfois la métaphore du cake aux raisins qui gonfle en cuisant pour imager
l'expansion de l'Univers. Les raisins représentant les galaxies.
Aux grandes échelles, la vitesse radiale des galaxies est assimilable à la vitesse de
l’expansion cosmologique.
De plus les spectres des galaxies lointaines et des amas de galaxies ont des décalages
vers le rouge croissant avec la distance. C'est-à-dire que les galaxies s’éloignent de
nous avec une vitesse qui augmente avec la distance. Ce qui se traduit par la loi de
Hubble:
vh= H0 x d Où Ho est la constante de Hubble : en km.s-1.Mpc-1
Elle a partout la même valeur dans l’espace, mais elle varie en fonction du temps.
La constante de Hubble est aujourd'hui connue avec une précision de l'ordre de 8%.
La première estimation faite par Hubble était assez différente de cette valeur car il se trompait sur la mesure de la distance D
entre l'étoile et la Terre.
Fourchette de valeurs connue actuellement (2011)
H0 min =
65
km
H0 moy =
73
par seconde et
4. Quelle est la dimension de la constante de
H0 max =
77
par Mpc
Hubble ?
5. Connaissant la distance de la galaxie (question 1.3), en déduire une valeur de H0. Commenter
Or on sait que la vitesse, la distance et le temps sont liés par la relation : V = d / t
En remplaçant V par d / t dans l'expression de la loi de Hubble, on obtient : d / t = H×d
En simplifiant par d, on obtient l'expression :H = 1 / t, avec t, exprimé en secondes, étant l'âge de l'Univers.
Plus précisément, 1/H0 est le « temps de Hubble », et donne seulement une idée de l’âge de l’univers, qui va varier avec les
hypothèses de la relativité générale.
6. Estimer l’âge de l’univers avec la constante de Hubble trouvée précédemment.
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