[Galaxie] Vitesse radiale et distance de la galaxie NGC 5194 (M51)

La spectroscopie est l'étude expérimentale du spectre d'un phénomène physique, c'est-à-dire de sa décomposition sur une échelle d'énergie, ou toute autre grandeur se ramenant à une énergie (fréquence, longueur d'onde, etc.).

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Jacques Montier
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[Galaxie] Vitesse radiale et distance de la galaxie NGC 5194 (M51)

Message par Jacques Montier »

Objectif
Faire l'acquisition du spectre du noyau de la galaxie NGC 5194 (M51) avec un
spectromètre d'amateur pour évaluer la vitesse radiale (redshift) et la distance de la
galaxie au Soleil.

Dispositif

- Télescope Meade ACF 355mm F/D 0.7
- Monture équatoriale 10Micron GM 2000 HPS
- Spectromètre Alpy600 avec une fente 28μ
- Caméras CCD Atik460EX pour l'imagerie et
Atik314L+ pour le guidage.
- caméra PL1-M montée sur la lunette 80/600mm en
parallèle comme chercheur électronique.

Logiciels sous Linux

- Carte du ciel v-3.11-3256 communiquant avec la
monture 10-Micron intégrée au réseau.
- Acquisition d'images CCDCiel v-0.3.0-124
- Guidage PHD2 Guiding 2.6.1dev5
- Pilotage de la caméra PL1-M : Lin_guider v-2.11.1
materiel.jpg

Spectre de la galaxie NGC 5194

Position de la fente du spectromètre
La fente a été placée sur le noyau de la galaxie
fente.jpg

Acquisitions

5 poses de 600s binning 2x2
spectre.jpg

Le spectre présente un continuum et des raies d'absorption (CaII, NaI,...) caractéristiques
d'étoiles relativement froides (type spectral K) sur lequel se superposent des raies
d'émission ([NII], Halpha, [OIII],...).
C'est une galaxie active de type Seyfert 2 et l'on pense que ces raies d'émission sont
produites dans un disque d'accrétion entourant un trou noir.

Mise en évidence du redshift de la galaxie

Protocole

Pour mettre en évidence et mesurer la vitesse radiale de la galaxie, on va comparer le
spectre de la galaxie avec le spectre de l'étoile HD 10780 de type spectral K0V prise dans
la base Miles et avec un spectre de la nébuleuse planétaire NGC 6543 acquis à
l'observatoire le 13 octobre 2015 .
Note : Les spectres doivent être corrigés du mouvement héliocentrique de la Terre autour
du Soleil et du mouvement propre de la nébuleuse planétaire.
Pour la nébuleuse planétaire NGC 6543 la vitesse radiale est V = - 65.7 km/s (base de
données Simbad)
On mesure les longueurs d'onde λ de quelques raies spectrales de la galaxie et,
connaissant les longueurs d'onde équivalentes λ 0 pour une source lumineuse au repos, on
en déduit la vitesse radiale par la formule classique.
2020-10-25_16-17.png
2020-10-25_16-17.png (5.67 Kio) Consulté 1242 fois
Pour mesurer les longueurs d'onde des raies spectrales, il faut mettre le continuum à plat ;
cela se fait en extrayant le continuum, puis en divisant le profil spectral de la galaxie par
son continuum.
spectre2.jpg
spectre3.jpg
Comparaison des spectres

- avec l'étoile HD 10780 (TS K0V)
comparaison_etoile.jpg
- avec la nébuleuse planétaire NGC 6543
comparaison_nebuleuse.jpg
On remarque que les raies spectrales (en rouge) de la galaxie sont légèrement décalées
vers les grandes longueurs d'onde (vers le rouge) ; c'est le redshift.
La galaxie s'éloigne donc de nous.

Résultats des mesures
resultats.jpg
La vitesse obtenue est de V = 451 ± 60 km.s -1 .
Sur la base de données de Strasbourg Simbad la valeur affichée est de 465 km.s -1 .
La valeur de la vitesse est donc cohérente avec la valeur "officielle".
Mesure de la vitesse à l'aide du logiciel ISIS de Christian Buil
Ce logiciel comporte un fonction de comparaison des raies spectrales par corrélation
croisée permettant d'améliorer la précision de la mesure.
isis.jpg
Vitesse affichée par le logiciel : V = 461 km.s -1


Évaluation de la distance de la galaxie

On peut ensuite en déduire approximativement la distance de la galaxie NGC 5194 par la loi de Hubble :
2020-10-25_16-27.png
2020-10-25_16-27.png (8.07 Kio) Consulté 1242 fois
On trouve D = 6.64 Mpc ou encore environ 22 millions d'années-lumière.

Conclusion

Le spectromètre Alpy600 est un instrument relativement peu coûteux et accessible aux astronomes amateurs.
Il permet d'évaluer facilement divers paramètres physiques et chimiques comme l'identification d'éléments chimiques, la température des étoiles et des nébuleuses, la vitesse radiale des galaxies, etc.
C'est tout un domaine autrefois réservé aux astronomes professionnels qui s'ouvre maintenant à l'astronome amateur.
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