Notre position dans la Galaxie:

Lecture d’un article historique de Harlow Shapley en 1918.

 

Jean-Noël Terry

Observatoire de Lyon

 

Il s’agit ici de reprendre un « article historique» de l’astronomie, et de le relire sous forme de travail dirigé, à faire pour soi ou avec des élèves. Les solutions sont proposées.

         Sont ici nécessaires juste un peu de trigonométrie, la notion de  barycentre et… de la matière grise !

 

 

Les données

Les données sont, dans l’article, deux tableaux, ceux des pages 161 (28 amas) et 165-166 (41 amas). Ces deux tableaux sont mis bout à bout ci-dessous.

         Tout système de repérage des objets astronomiques entraîne un choix un peu arbitraire, en fonction du côté pratique que nous y trouvons. Ici, la Galaxie sera privilégiée, par définition ! Ce sont donc des coordonnées galactiques que va utiliser Shapley : le système solaire appartient au plan de la Galaxie, un objet sera repéré par sa longitude et sa latitude galactiques exprimées en degrés, relativement à un pôle choisi dans la direction du centre (voir la figure 1 qui illustre ce système).

         Un objet de latitude galactique nulle, sera donc dans le plan galactique. Bien entendu, comme toujours en astronomie, la quantité manquante,… et vitale, est la distance qui nous sépare de cet objet et qui doit être déterminée de façon indépendante.

Figure 1

 

 

 

Numéro du catalogue NGC

Longitude galactique en °

Latitude galactique en °

Distance (unité 100 parsecs)

104

272

-44

68

362

268

-46

152

1261

238

-51

256

1851

211

-34

172

2298

213

-15

244

2808

249

-11

170

3201

244

+10

147

4372

269

-9

114

4590

268

+37

161

4833

271

-8

164

5286

279

+11

196

5634

309

+49

303

5897

311

+30

149

5986

305

+13

208

6101

284

-15

213

6144

319

+15

244

6171

331

+22

161

6235

326

+13

500

6266

320

+7

152

6273

324

+9

159

6284

325

+10

370

6287

327

+11

435

6293

325

+8

263

6304

323

+5

322

6316

325

+5

526

6352

308

-7

227

6362

293

-17

130

6388

312

-7

278

6397

304

-12

83

6441

321

-5

455

6541

316

-11

147

6584

309

-16

263

6624

330

-8

286

6637

329

-11

213

6652

328

-12

312

6681

329

-13

182

6715

333

-16

161

6723

327

-18

127

6752

303

-26

88

6809

335

-24

100

7006

32

-20

667

288

214

-88

189

1904

195

-28

256

4147

227

+78

526

5024

307

+79

189

5139

277

+16

65

5272

8

+77

139

5904

333

+45

125

6093

320

+18

200

6121

319

+15

114

6205

26

+40

111

6218

344

+25

123

6229

41

+39

435

6254

343

+22

120

6333

334

+9

250

6341

35

+34

123

6356

335

+9

385

6402

349

+14

233

6626

336

-7

185

6638

335

-8

345

6656

338

-9

85

6712

353

-6

312

6779

30

+7

250

6864

348

-28

455

6934

20

-20

333

6981

3

-34

294

7078

33

-29

147

7089

22

-37

156

7099

356

-48

172

 

(Rappel : 1 parsec est environ 3.26 années-lumière)

 

 

 

 

Activité proposée 

 

Etude de la répartition en longitude

 

Il s’agit simplement de faire un histogramme en comptabilisant les amas sur des intervalles de longitude d’amplitude 15°. On peut déjà faire des remarques. Lesquelles ?

 

         L'histogramme (voir figure 2) présente un vide de 45° à 145° et, par contre,  une concentration vers 315-345°. Ces deux zones sont, de plus, séparées d’environ 180°.

Figure 2

 

 

         Quelle remarque peut-on faire ? Si les amas sont répartis de façon uniforme dans le halo galactique, nous pouvons penser que le Soleil n’est déjà pas proche du centre du système. En effet, nous observons un volume d’espace plus grand vers la longitude galactique 315°-345° que vers 45°-195°, le Soleil est donc sans doute décentré dans cette direction (voir figure 3).

Figure 3

Projection sur un nouveau plan 

 

Shapley projette donc sur le plan perpendiculaire au plan galactique contenant le plan de longitude 235°, que nous venons de mettre en évidence.

         Ce plan est représenté sur la figure 4. 

 

Figure 4

 

         Si d est la distance nous séparant de l'amas, si x est la coordonnée en direction de la longitude 325°, et z celle destinée à compléter le repère de ce plan, en notant lon la longitude et lat la latitude, on a :

z = d.sin (lat)  et x = d.cos (lat).cos (lon-325)

 

Le travail consiste donc à placer dans un repère d'unité 100 parsecs, les points de coordonnées x et z. Et à faire des remarques...

 

 

X

z

x

z

x

z

29,4

-47,2

57,5

-109,3

8,4

-198,9

-58,0

-96,2

-88,3

-63,2

40,4

-32,4

22,6

25,5

63,0

-17,8

70,0

96,9

95,5

-22,8

133,7

37,4

191,1

228,7

125,2

74,5

190,4

46,8

155,3

-55,1

234,4

63,2

148,5

60,3

487,1

112,5

150,3

18,5

157,0

24,9

364,4

64,2

426,7

83,0

260,4

36,6

320,6

28,1

524,0

45,8

215,5

-27,7

105,4

-38,0

268,9

-33,9

75,8

-17,3

452,2

-39,7

142,5

-28,0

243,0

-72,5

282,1

-39,8

208,6

-40,6

304,8

-64,9

176,9

-40,9

153,3

-44,4

120,7

-39,2

73,3

-38,6

90,0

-40,7

244,9

-288,1

-2,4

188,9

-145,3

-120,2

-15,2

514,5

34,3

185,5

41,8

17,9

22,9

135,4

87,5

88,4

189,5

61,8

109,5

29,5

41,2

71,3

105,4

52,0

81,8

273,8

105,8

45,0

243,9

39,1

34,9

68,8

374,5

60,2

206,5

56,4

180,2

-22,5

336,5

-48,0

81,8

-13,3

274,0

-32,6

104,9

30,5

369,8

-213,6

179,5

-113,9

192,1

-164,4

48,2

-71,3

67,9

-93,9

98,7

-127,8

 

         La figure 5 nous servira pour faire quelques observations.

         Remarquons tout d'abord que le plan galactique est un plan de symétrie. C’est plutôt rassurant !

         Une bande d'épaisseur 4000 parsecs correspond au disque de la galaxie, on n'y voit que très peu d’amas (zone où z est compris entre +20 et –20 en unités de 100 parsecs).

         Le Soleil a une position excentrique (notée par une étoile sur le graphique) dans l’ensemble des amas globulaires. Nous ne sommes donc pas au centre de la Galaxie !

 

 

         Où se trouve ce centre par rapport au Soleil ? C’est l’isobarycentre des amas. Nous pouvons calculer simplement ses coordonnées dans le plan que nous avons privilégié.

         Pour suivre l’article de Shapley, nous ne garderons que les amas situés à moins de 15 000 parsecs du plan galactique : c’est la bande délimitée par les pointillés. Le but est d’obtenir une population aussi complète que possible.

         Nous obtenons alors avec les 59 amas restants les coordonnées suivantes :

x = 160.4  et z = –2

 

En conclusion

Ainsi le centre  de la galaxie se trouve à la longitude galactique 325°, à la latitude galactique 0°  (c’est la direction du Sagittaire) et à une distance d’environ 16 000  parsecs (160×100 parsecs).

 

         La direction déterminée par Shapley était exacte, mais la distance actuelle au centre de la Galaxie est aujourd’hui estimée à 28 000 al, soit environ 8 600 parsecs. Soit environ moitié moins.  

         Shapley reconnaissait lui-même qu'il fallait plus d'amas pour une meilleure détermination. Mais le principal problème vient de l’absorption de la lumière par le gaz et la poussière qu’elle rencontre sur son trajet. Ce n’est que vers 1930 que cet effet fut vraiment compris, et le problème de l’absorption reste tout à fait d’actualité, qu’il s’agisse de l’absorption dans notre Galaxie, ou de celle qui se produit quand on observe à l’intérieur d’une autre galaxie.

         Il existe des catalogues d’amas globulaires plus récents. J’ai refait l’expérience avec le catalogue de R. Monella (1985). Il peut être téléchargé via le site du Centre de Données Astronomique de Strasbourg (http://cdsweb.u-strasbg.fr) à la rubrique catalogue (VII/103 : catalogue of galactic globular clusters). Nous avons les coordonnées et la distance de 143 amas. Le même travail donne x = 71 et z = -7. Soit une distance du centre galactique d’environ 7 100 parsecs. Ce qui n’est pas un mauvais résultat compte-tenu de la simplicité de la méthode.

         L’idée de base de  Shapley reste très intéressante, elle montre, une fois de plus, comment la réflexion permet de mesurer et franchir des espaces inaccessibles…