question posée le 05-07-2013 par La Pythie
Tout d'abord merci pour votre site passionnant.
J'aimerais comprendre pourquoi les amas globulaires semblent avoir une disposition aussi stable et régulière avec une apparente concentration d'étoiles croissante en leur centre, alors que les galaxies par exemple, formée de nuées d'étoiles, certes bien plus nombreuses, se mettent en rotation, s'aplatissent, se déforme sous l'action de galaxies proches. J'imagine qu'il ne s'agit pas d'une perfection aristotélicienne !
Ces amas sont-ils en expansion ou en contraction ?
La cohésion gravitationnelle est-elle forte ou faible dans cette sorte de groupement d'étoiles ?
Et qu'en est-il de leur devenir probable ?
Désolé pour l'accumulation de questions mais ces objets m'ont toujours intrigué.
réponse du 15-07-2013 par Fabrice Mottez
Ce n'est effectivement pas dans Aristote que l'on trouvera une explication.
Et pourtant, pour un amas globulaire isolé, la répartition des étoiles est quasiment un état d'équilibre, un état immuable ; ce qui est je crois au sens d'Aristote, une forme de perfection.
L'équilibre est valable tant que les interactions entre étoiles très proches sont négligées. Je veux dire par là que dans ces modèles d'équilibre, on suppose que le champ de gravitation exercé sur une étoile par l'ensemble des étoiles de l'amas est toujours nettement plus fort que celui causé par les étoiles les plus proches. C'est une approximation correcte tant que la densité des étoiles ne dépasse pas une certaine limite.
Un des modèles les plus utiles dans cette catégorie est le modèle de King (du nom de son auteur). Il définit l'équilibre d'une formule mathématique relativement simple, mais tout de même trop technique pour être écrite ici. Cet équilibre prend en compte une vitesse de libération gravitationnelle de l'amas. Si une étoile va plus vite, elle quitte l'amas (comme un satellite quitte l'environnement de la Terre si sa vitesse dépasse la vitesse de libération terrestre).
Toutes les étoiles participant à cet équilibre ont donc une vitesse inférieure à la vitesse de libération. La vitesse de libération dépend de la masse totale de l'amas globulaire. L'autre paramètre de ce modèle est le degré de concentration des étoiles : pour un amas très concentré, il y a un centre très dense entouré d'un halo peu dense ; si la concentration est faible, les étoiles sont plus dispersées, et on ne reconnaît pas forcément une structure de forme noyau halo.
Le modèle de King fonctionne assez bien pour décrire la majorité des amas globulaires (à ce que je sais...).
Dans la vraie vie, la densité centrale d'étoiles au centre de l'amas globulaire peut être élevée (surtout pour un amas avec une forte concentration). Dans ce cas, il arrive qu'une étoile interagisse, via les forces de gravitation, plus fortement avec deux ou trois voisines qu'avec l'ensemble des autres étoiles. Alors l'hypothèse de départ du modèle de King n'est plus valable.
Avec les interactions entre trois étoiles proches, une des étoiles peut gagner une vitesse devenant supérieure à la vitesse de libération. (voir la rubrique http://www.cidehom.com/question.php?_q_id=5010 .)
Dans ce cas, un tel amas peut être défini approximativement avec le modèle de King, mais en ne le considérant plus tout à fait comme un modèle d'équilibre, puisque de temps en temps une étoile quitte l'amas. Les astronomes parlent d'évaporation. (Non pas que les étoiles de transforment en vapeur, mais simplement elles s'en vont et l'amas perd de la masse). Ce phénomène d'évaporation nuit à la cohésion gravitationnelle. Autrement, cette cohésion serait quasi-parfaite.
Comme l'évaporation est un phénomène très lent, on peut encore compter sur l'existence des amas globulaires pendant de nombreux milliards d'années. Ce sont globalement des objets très stables.
Une grande inconnue est l'histoire de la formation des amas globulaires. Les recherches sont en cours.
Quelle lien avec les formes des galaxies ?
Formellement, la solution de King appartient à une famille de solutions employées pour décrire des galaxies de forme *elliptique*. Mais le modèle de King ne décrit que des formes sphériques, pas elliptiques. Pour les galaxies, il y a donc quelque chose en plus qui permette une solution moins symétrique que pour les amas globulaires.
La forme des galaxies *spirales* résulte d'autres types d'interactions. Par exemple il faut prendre en compte les interactions avec le gaz et les poussière (il n'y en a quasiment plus dans les amas globulaires), et les collisions avec d'autres galaxies.
Comme vous avez posé beaucoup de questions, ma réponse paraît peut-être longue. J'espère cependant que vous avez pris du plaisir et de l'intérêt à la lire.
Complément de Didier Jamet
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