NGC 3198, Une galaxie "MOND compatible"

NGC 3198 Jean-Brice GAYET

NGC 3198, nuit du 5 février 2019. Nerpio.

 

C11 Edge HD, réducteur de focale Célestron x 0.72, ATIK 4000 MM, Paramount ME

Logiciels CCD AP, MaximDL et Pixinsight (de type LRB sans PhotoShoping)

Poses unitaires de 150 secondes.

30L 12R 12G 12B

 

Image Plate Solver script version 5.1

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Resolution ........ 0.386 arcsec/px (drizzle x2)

Rotation .......... 163.458 deg

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NGC 3198 Jean-Brice GAYET

NGC 3198 (= PGC 30197), également connue sous le nom de Herschel 1461, est une galaxie spirale barrée située à environ 14.5 Mpc dans la constellation de la Grande Ourse.

 

Elle a été découverte par William Parsons le 15 janvier 1788.

 

NGC 3198 est une galaxie spirale de type SB(rs)c selon Holmberg en 1958, Sc C selon Simbad (2019) qui présente une raie d’émission. 

 

Per Dreyer la décrit "plutôt brillante, très grande, étendue à 45°, de milieu très graduellement plus brillant "

NGC 3198 Jean-Brice GAYET
Ses caractéristiques en 1989

Elle est intéressante en ce sens qu’elle colle bien à la théorie de la dynamique newtonienne modifiée, (Modified Newtonian dynamics aka MOND).

 

Dans le contexte de la dynamique newtonienne, la masse observable dans les galaxies spirales ne peut pas rendre compte des courbes de rotation planes observées dans les régions extérieures des galaxies. L'explication généralement admise de cette différence est la proposition selon laquelle les galaxies sont noyées dans un halo étendu de matière noire qui domine le champ de gravitation dans les régions extérieures (hypothèse de Trimble, dès 1987). En effet, dès 1933, Fritz Zwicky constatait un écart très important entre les vitesses des galaxies dans les grands amas, comparées aux modèles théoriques. Il proposait déjà que cet écart soit lié à la présence d'une source de gravitation non visible, c'est-à-dire autre que stellaire.  En 1978, Vera Rubin constata le phénomène à une échelle plus réduite au sein même des galaxies, où les étoiles les plus éloignées du noyau galactique ont une vitesse angulaire trop élevée, ce qui est contraire à la théorie de la gravité de Newton (qui prédit que les objets plus éloignés ont une vitesse moindre).

NGC 3198 en "argentique", dans les années 80
NGC 3198 en "argentique", dans les années 80
Courbes vélocimétriques en 1989
Courbes vélocimétriques en 1989

Une explication alternative à cette divergence est la possibilité que la dynamique devienne non newtonienne dans la limite des faibles accélérations. La proposition la plus réussie est la dynamique newtonienne modifiée ou MOND (Milgrom, 1983). Ici, l’idée est qu’au-dessous d’un certain seuil d’accélération (ao), l’accélération gravitationnelle effective approche SQU(ao.gn) où gn est l’accélération newtonienne habituelle. Cette modification donne des courbes de rotation plates asymptotiques des galaxies spirales et une relation luminosité-vitesse de rotation de la forme observée (la relation de Tully-Fisher, qui est plus ancienne, datant de 1977, mais validée par ce modèle).

 

MOND repose donc sur une modification de la seconde loi de Newton aux accélérations très faibles, la clef de voûte de cette théorie étant que la deuxième loi de Newton sur la force de gravitation n'a été vérifiée qu'à des accélérations élevées. Mais si elle constitue une alternative au concept de matière noire, l’une et l’autre présentent toutefois des données observationnelles qui abondent dans leur sens respectif. Ainsi, on peut « observer » la matière noire par l'effet de lentille gravitationnelle, non expliqué par la théorie MOND.

 

MOND semblait avantageusement modifiée par MOND/TeVeS, développée par Bekenstein en 2004, par une généralisation relativiste de MOND à travers la gravité tenseur – vecteur – scalaire (TeVeS). (Ses principales caractéristiques peuvent être résumées comme suit, Comme elle découle du principe d'action, TeVeS respecte les lois sur la conservation. Dans l'approximation en champ faible de la solution statique à symétrie sphérique, TeVeS reproduit la formule d'accélération MOND. TeVeS évite les problèmes liés aux tentatives précédentes de généraliser MOND, telles que la propagation supraluminale. Comme il s’agit d’une théorie relativiste, elle peut prendre en compte les lentilles gravitationnelles).

 

Sauf que des données récentes (et notamment l’observation des premières ondes gravitationnelles par LIGO) supposent de découvrir un neutrino « lourd » pour valider MOND/TeVeS … mais c’est une autre histoire.

Répartition totale du HI
Répartition totale du HI

Quoiqu’il en soit, NGC 3198 est marquée par la présence de gaz extraplanaire sur une épaisseur d’environ 3 kpc, avec une quantité estimée d’environ 15% de la masse totale et dont l’une de ses caractéristiques principales est qu’il semble tourner moins vite que le gaz proche du plan médian, avec un gradient de vitesse de rotation de 7 à 15 km/s/kpc dans la direction verticale (retard).

Malgré une incertitude sur son étendue radiale réelle, ce gaz extraplanaire semble être légèrement plus étendu que les régions où se forment les étoiles dans la galaxie (cf. imagerie Hα), bien qu’il existe une émission stellaire vers l'extrémité du gaz extraplanaire décelable.

Carte de HI total (contours) superposée à une image en fausses couleurs HALOSTARS. Les contours représentent 0.1, 1,5 et 15 × 10^20 atomes/cm²  La flèche correspond à la zone d'émission stellaire excentrée
Carte de HI total (contours) superposée à une image en fausses couleurs HALOSTARS. Les contours représentent 0.1, 1,5 et 15 × 10^20 atomes/cm² La flèche correspond à la zone d'émission stellaire excentrée

La galaxie présente un disque mince de HI étendu radialement sur une distance deux fois plus grande que le disque stellaire et que la couche extra-planaire. Enfin, il y un complexe HI très ténu au-delà du disque HI du côté nord de NGC 3198, avec une estimation de masse d'environ 5 millions de masses solaires.

 

L'intérêt de la mise en évidence de ce gaz extraplanaire  est de dériver des courbes de rotation plus étendues et dont les parties extérieures sont mieux corrélées au modèle  MOND :

Enfin, elle a présenté une supernova en 1999 qui présentait encore 5 ans après son explosion des vitesses d’éjecta à 1000 km/s.

Sources :

 

HI rotation curves of spiral galaxies. I. NGC 3198. K. G. Begeman. Astron. Astrophys. 223, 47-60 (1989).

 

Supernova 1999bw in NGC 3198. B. Sugerman, M Meixner, J. Fabbri And M. Barlow. IAU Circ., 8442, 2 (2004/November-0)

 

HALOGAS: extraplanar gas in NGC 3198. G. Gentile, G. I. G. Józsa, P. Serra, G. H. Heald, W. J. G. de Blok, F. Fraternali M. T. Patterson, R. A. M. Walterbos and T. Oosterloo. Astronomy and Astrophysics, volume 554A, 125-125 (2013/6-1)

 

MOND rotation curves for spiral galaxies with Cepheid-based distances. R. Bottema, J. L. G. Pestaña, B. Rothberg and R. H. Sanders. A&A 393, 453-460 (2002)

Page créée le 18/02/2019