Combien de looks a une galaxie?

• Impressions de la galaxie Centaurus A dans différentes longueurs d’onde (si possible sur feuilles brillantes, téléchargement disponible ici: optique, infrarouge, radio)
• Tissus de composition différente (matériaux de récupération)
• Agrafeuse
• Ciseaux
• Epingles à nourrice
• Prototypes de galaxies-broches à utiliser comme examples
• 4 pistes audio (téléchargement disponible ici: 1, 2, 3, 4)
• Speaker pour reproduire les pistes audio

1. Iniziare l’attività mostrando un prototipo di galassia-Commencer l’activité en montrant un prototype de galaxie-broche, en rèflèchissant ensemble sur des aspectes tels que la forme, la rugosité et le type des matériaux utilisés pour repreéenter les quatre composants (optique, infrarouge, radio, X). Pour encourager la discussion, on peut poser des questions telles que “Que pensez-vous de cet objet? Quelle forme a-t-il? Selon vous, de quoi s’agit-il?”

2. Montrez les images imprimées sur une feuille brillante, en les superposant l’une l’autre pour reconstruire la galaxie Centaurus A. Chaque image représente une composante particulière de la galaxie, qui peut être observée en utilisant instruments différents.

3. Commencer la construction de la galaxie-broche à partir de l’optique, c’est à dire le disque de base. Demandez de choisir un tissu souple, mais assez rigide (la couleur ne compte pas) et découper un cercle pour représenter la composannte optique, constituée principalement d’étoiles.
Montrez l’image correspondente à la composante optique, , faisant remarquer qu’il y a une zone de la galaxie obscure, don ne provient pas la lumière visible. Le phénomène est dû à la présence de poussière, qui bloque la lumière des étoiles qui s’y trouvent!

4. Faire ècouter la piste audio 1 qui consiste à jouer une chanson en utilisant seulement un piano. En discuter brievement ensemble, et poser des questions telles que: “Quels instruments pouvez-vous distinguer? Vous pensez avoir déjà entendu cette chanson?”

5. Procéder à l’ajout de la composante infrarouge. Cette lumière est principalement produite par la même poussière qui bloque le rayonnement visible. Pour représenter cette structure, découper un tissu en simicuir en forme de “S” et le superposer au cercle préparé précédemment.

6. Faire écouter la piste audio 2 qui contiene la même chanson de la piste audio précedente, mais en utilisant seulement la guitarre électrique. Discuter brievement, comme au point 4.

7. Choisir un tissu à très faible rugosité, lisse au toucher, pour la composante radio, et découper une forme de 8 pour représenter la composante radio. Il s’agit de l’emission produite par un objet très particulier au centre de la galaxie Centaurus A: un trou noir supermassif. Superposer la nouvelle forme aux autres, comme on voit en figure.

8. Jouer la piste audio 3 qui utilise une base et un violin. Discuter brievement, comme au point 4.

9. Ajouter la dernière composante au modèle, c’est à dire les rayons x, produits aussi par le trou noir. Choisir un matériel à haute rugosité et couper une fine bande. Superposer la bande aux autre, comme on voit dans la figure.

10. Le modèle est terminé: fixer les différentes composantes avec un point d’agrafeuse et ajouter une aiguille de nourrice. Procéder à l’écoute de la piste audio 4, contenant tous les instruments utilisés jusqu’à, présent, comme chaque galaxie-broche est maintenant composée par tous les principaux composants.

La lumière que nous pouvons voir avec nos yeux (lumière visible) n’est que un des nombreux types de lumière, nommées ondes electromagnetiques. Dans l’univers, les corps célestes n’emettent pas seulement la lumière visible, mais aussi plusieurs types d’ondes electromagnetiques, invisibles à nos yeux. Par exemple, une seule galaxie peut apparaître très différente lorsqu’elle est observés avec des instruments qui observent différentes bandes du spectre electromagnetique (l’ensemble de toutes les ondes electromagnetiques). En particulier, certains types de galaxies nommées radio-galaxies, pour la présence d’un trou noir qui se trouve au centre émettent radiation de la bande radio jusu’aux ai rayons X.
Chaque instrument, et donc chaque bande du spectre electromagnetique nous donne informations sur une composante différente de cette galaxie e sur les différents processus physique générant des émissions.
Dans cette activité, nous avons choisi d’analyzer un exemple célèbre de radio-galaxie, nommé Centaurus A. Nous pouvons résumer les différentes émissions et composantes de cette galaxie en parlant de quatre différentes régions du spectre électromagnétique: la lumière visible (ou bande optique), la lumière infrarouge, les ondes radio et les rayons X.

La bande optique(ou visible)
L’image optique contient à la fois des étoiles isolatées et brillantes (ou bien appartenants à notre galaxie, la Voie Lactée) et les étoiles appartenants à la galaxie Centaurus A, bien plus loin de nous que les étoiles de la Voie Lactée.
Vue dans la bande du visible (c’est-à-dire dans la région du spectre auquel nos yeux sont sensibles), la lumière de Centaurus A est produite par la multitude d’étoiles qu’elle contient. Nous ne pouvons pas distinguer les étoiles une par une, mais nous observons la lumière qu’elles emittent dans cette lueur de forme arrondie. En raison de sa forme dans la bande optique, cette galaxie est classifiée comme galaxie elliptique.
En observant cette galaxie dans l’optique, nous notons que, en plus de la lumière des étoiles, il y a aussi une structure centrale qui ressemble une ceinture. C’est un matériau que nous appelons poussière, qui obscurcit la région derrière, c’est à dire elle ne permet pas l’observation de terre.

La bande infrarouge
Voici encore la galaxie d’avant, mais dans une longueur d’onde différente. Cette fois nous la regardons dans l’ infrarouge. Qu’est qui est différent? On dirait la même galaxie? Non, ça ressemble une galaxie différente. Dans cette nouvelle longueur d’onde, les étoiles sont tellement faibles qu’elles sont invisibles, tandis que les poussières sont capables d’émettre beaucoup de rayonnement (remarquez en effet que la partie maintenant “visible” a la meme forme de la ceinture de poussière qui dans l’optique obscurcit les étoiles). C’est parce que le type d’emission produite par un objet depend fortement de sa température. Les étoilles (très chaudes, avec températures de milliers de degrés) emittent dans la lumière “visible”, tandis que la poussière, étant beaucoup plus froide (des centaines de degrés en dessous de zéro) émet dans l’infrarouge. Objets équivalents pour comprendre le concept peuvent être les ampoules à incandescence (très chaudes, en effet nous voyons leur lumière avec nos yeux) et le corps humain (bien plus froid, en effet nous voyons sa “lumière” avec les thermomètres infrarouge). Donc, l’étude de cette nouvelle bande nous permet de mieu saisir la structure de la poussière sans être dérangé par la lumière des étoiles.

La bande radio
Au centre de chaque galaxie massive il y a un trou noir avec une masse des millions ou des milliards de fois la masse de notre Soleil, d’où le nom de trous noirs super-massives. Certains d’entre eux sont capables de produire des puissants jets de plasma, un type particulier de matière composée par electrons et autres particules sub-atomiques. À cause de la présence de champs magnétiques à l’intérieur de la galaxie, ces particules sont contraintes à se déplacer dans trajectoires hélicoïdales, en eméttant un rayonnement qui prend la forme d’un “8”. Cette radiation particulière s’appelle rayonnement de synchrotron et peut être observée principalement dans la bande radio et X.

La bande X
Comme expliqué ci-dessus, le rayonnement de synchrothron est émis de la bande radio jusqu’à la bande X. Contrairement à la bande radio pourtant, dans la bande X nous avons aussi un autre effet significatif: le plasma émis par le trou noir, interagissant avec le gaz à l’intérieur de la galaxie, le chauffe jusqu’à des dizaines de millions de degrés. Ce gaz, extrêmement chaud, émet un rayonnement en bande X.

Image composite
Ce qui est décrit ci-dessus n’est rien d’autre qu’ un morceau significatif du travail quotidien d’un astrophysicien. En combinant les données obtenues dans différentes bandes, les processus physiques à l’intérieur des corps célestes sont reconstitués aussi précisément que possible. Notez comment chaque bande nous donne certaines informations et comment, en l’absence de cela, il n’est pas possible d’avoir une perspective complète de ce qui se passe à l’intérieur d’une galaxie.