Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Astronomie Extragalactique
Cours 6 : Échelle de distances
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Pourquoi mesurer les
distances
• La dimension physique des objets ne
peut être déterminée précisément
sans les distances
• Constante de Hubble: expansion de
l’Univers âge de l’Univers
• Dynamique des galaxies en groupes:
V = H0D mais en réalité V = H0D +
Vpec
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Galaxies pas distribuées au hasard
(raison pour laquelle on ne peut pas utiliser les
redshifts pour mesurer les distances)
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Le Groupe Local
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Le Superamas Local
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Super Amas plus distants
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Redshifts Surveys
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Champ de vitesses local
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Construction de l’échelle de
distance
0 supernovae
amas globulaires
parallaxes nébuleuses planétaires
mouvements propres régions HII
vitesses radiales
15-20 Mpc
25-50 pc Tully-Fisher
Faber-Jackson (Dn-s)
Céphéides Surface Brightness Fluctuation
RR Lyrae
Novae 100 Mpc
les plus brillantes
Loi de Hubble
3 Mpc (télescope terrestre)
15 Mpc (HST) 5000 Mpc
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Échelle de distance
1ere étape: parallaxe, mouvements propres, vitesses radiales
Méthodes utilisées dans l’environnement
solaire (d
• Moyenne de plusieurs par galaxie
• Bleu: Dm maximal mais extinction maximal
• Relation période-luminosité a une
dépendance sur la métallicité
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Céphéides (erreurs)
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Céphéides
• Exemple: Céphéides
dans une galaxie à 10
Mpc
m-M = 5log(d) -5
m-M = 30
• P = 40 jours M=-5.9
• magnitude apparente
(m-M)+M = 24.4
• Keck: m= 26
(m-M) = 26—5.9) = 31.9
31.9=5log(d)-5 d= 24
Mpc
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Échelle de distance
Indicateurs secondaires
Indicateurs primaires
Tully-Fisher
Pop I
Faber-Jackson
Céphéides Dn-s
Distr. Amas
H0
Pop II
RR Lyrae Globulaires & PN
SBF
SNe Type 1a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
• Relation entre la
luminosité totale et la
vitesse maximum de
rotation
• Galaxies massives
tournent plus rapidement
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
• Disque exponentiel (Freeman 1970)
L ~ I0 rd2 (L = 2pI0/a2) (1)
• Courbes de rotation plates
M ~ rd V2max (2)
• (1) + (2)
L ~ I0 M2/V4max
• (M/L & I0 ~ cste)
L ~ V4max Relation Tully-Fisher
L ~ Vnmax
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
• définition de magnitude: M = -2.5
log L
M ~ -2.5 log V4max
M ~ -10 log Vmax
M = a (logW -2.5) + b
pente point zéro
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
M = a (logW -2.5) + b
M (corrected) = M(obs) – kz –Agal – Aint
W(corrected) = [W(obs) – W(sgaz)]/sin(i)
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher
• RTF très bon pour
les distances
relatives
• RTF a besoin
d’une calibration
absolue
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Calibration de la
Relation Tully-Fisher
• Sakai et al. 2000
Photométrie de
surface de galaxies
avec des distances
Céphéides
Profiles 21 cm
(largeur ~ Vmax)
Calibrer TF BVRIH
Appliquer la calib à
des amas distants
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Calibration de la
Relation Tully-Fisher
Dispersion
moins
grande en
H qu’en B
Sakai et al. 2000
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Calibration de la
Relation Tully-Fisher
Sakai et al. 2000 (amas)
B plus grande dispersion (erreur sur i ?)
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher pour les
galaxies naines
Carignan & Freeman 1988
Carignan & Beaulieu 1989
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Tully-Fisher pour les
galaxies naines
TF relation entre
Mbaryonique et Vmax
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Échelle de distance
Indicateurs secondaires
Indicateurs primaires
Tully-Fisher
Pop I
Faber-Jackson
Céphéides Dn-s
Distr. Amas
H0
Pop II
RR Lyrae Globulaires & PN
SBF
SNe Type 1a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Relation Faber-Jackson (Dn-s)
• Semblable à la
relation de Tully-
Fisher
• Elliptiques
supportées par s
au lieu de Vmax
• Pas de gaz, donc
pas de problème
avec les naines
comme les Irrs
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Distances Amas Globulaires
Comme ces objets
sont beaucoup plus
brillants que les *
individuelles, on peut
les observer dans les
galaxies lointaines
L’hypothèse de base
est que les propriétés
de ces objets ne
varient pas d’une
galaxie à l’autre
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Distances PNs
• Fonction de
luminosité pour les
PNs dans M31
• Noter comment elle
tombe rapidement
vers 0
• Méthode: comparer le
cut-off de la fonction
de luminosité avec
une galaxie de
distance connue
• On obtient ainsi (m-
M)
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Distances PNs
• Comparaison pour
des galaxies
proches avec des
distances
obtenues avec des
Céphéides
• Précision ~ 10%
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Distances SBF
Dist X 2
• Tonry & Schneider 1988
• Fluctuation RMS ~ d-1
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Distances SBF
• Galaxie
plus
distante
est plus
smooth
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Échelle de distance
Indicateurs secondaires
Indicateurs primaires
Tully-Fisher
Pop I
Faber-Jackson
Céphéides Dn-s
Distr. Amas
H0
Pop II
RR Lyrae Globulaires & PN
SBF
SNe Type 1a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
• Très brillante (distances cosmologiques z ~ 1)
• Fréquence: 1 / galaxie / 500 ans
• Doit reconnaître la courbe de lumière (mesure
du pic)
• Calibrer le taux de décroissance
• Estimer l’extinction
• Peu de calibrateurs locaux pour le point zéro
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
Courbe de lumière SN1987a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
• Calibrateurs:
-19.51 +/- 0.18
• Incertitude sur la
distance ~10% (0.18)
• Si on mesure aussi la
décroissance de la
courbe de lumière
• Incertitude ~ 0.1 mag
(m-M) = (26 + 19.5) =
45.5
corresponds a D = 10,000
Mpc
Calibrateurs proches
(m-M) = (30 + 19.5) =
49.5
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
SNe Type 1a
WL ~ 0.7
WM ~ 0.3
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Faculté des arts et des sciences
Département de physique
Echelle de distance