La détermination de la masse stellaire d’une galaxie est toujours entachée d’incertitudes. Pourtant il y a beaucoup d’enjeu à la connaître : d’abord, connaissant la luminosité des étoiles, qui est observée dans diverses couleurs, on en déduit le rapport Masse sur Luminosité, ou M/L, qui dépend de la nature des étoiles, de leur âge, de leur métallicité, de leur distribution en masse. On peut ainsi remonter à l’histoire de la formation d’étoiles dans la galaxie. D’autre part, connaissant la masse dynamique de la galaxie, dérivée du champ de vitesses des étoiles, on peut déterminer la masse manquante, donc la quantité de matière noire dans la galaxie en fonction du rayon, par soustraction de la masse stellaire à la masse totale. Dans les galaxies elliptiques ou lenticulaires, possédant très peu de gaz interstellaire, la masse dynamique est dominée par la masse stellaire, la masse noire ne représentant que quelques pourcents. Ceci est donc favorable pour mesurer la masse stellaire. Toutefois, ces galaxies de type "précoce" sont animées de mouvements aléatoires plus que de rotation, et il est difficile de modéliser le champ de vitesses, dominé par la dispersion. La détermination de la masse dynamique demande alors un modèle plus sophistiqué.

Figure 1 : Modélisation des champs de vitesse de 5 des galaxies de l’échantillon. Chaque colonne correspond à une galaxie, dont le nom NGC est donné en haut. Les couleurs réprésentent les vitesses, avec la palette indiquée en bas. Les vitesses ont été symétrisées par rapport à l’axe vertical central. La rangée du haut sont les vitesses observées. La rangée du milieu représente les meilleurs modèles, ajustant le mieux les données, avec un M/L indiqué à droite pour chaque galaxie. La rangée du bas reprend ce modèle mais avec un M/L divisé par 1.5. On voit combien la variation de M/L détruit le bon ajustement avec les données. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

L’étude que vient de publier l’équipe internationale, s’attache à modéliser de façon très détaillée et précise un grand échantillon de 260 galaxies de ce type, dont on voit quelques exemples dans la Figure 1. Ils disposent des champs de vitesses à 2D obtenus sur le télescope William Herschel des iles Canaries, et de la photométrie multi-couleur homogène du SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Ils ont fait varier un grand nombre de paramètres dans la modélisation du champ de vitesses, incluant la quantité et la distribution de la matière noire, inclinaison, anisotropie des vitesses. Le principal résultat est que, non seulement le rapport M/L est différent dans chaque galaxie, mais aussi la fonction IMF ne peut pas être universelle, et doit varier d’une galaxie à l’autre, et notamment être différente entre galaxies elliptiques et spirales. Les spirales auraient en proportion moins d’étoiles de petite masse, qui ont peu de luminosité, alors que les elliptiques au contraire auraient beaucoup plus d’étoiles de petite masse. Beaucoup d’études avaient essayé de montrer la non universalité de l’IMF, mais n’avaient pas eu assez de données pour conclure de façon convaincante. Référence A systematic variation of the stellar initial mass function in early-type galaxies Michele Cappellari, Richard M. McDermid, Katherine Alatalo, Leo Blitz, Maxime Bois, Frederic Bournaud, M. Bureau, Alison F. Crocker, Roger L. Davies, Timothy A. Davis, P. T. de Zeeuw, Pierre-Alain Duc, Eric Emsellem, Sadegh Khochfar, Davor Krajnovic, Harald Kuntschner, Pierre-Yves Lablanche, Raffaella Morganti, Thorsten Naab, Tom Oosterloo, Marc Sarzi, Nicholas Scott, Paolo Serra, Anne-Marie Weijmans, Lisa M. Young Nature 26 Avril 2012 Contact Maxime Bois (Observatoire de Paris-LERMA, CNRS)

Dernière modification le 22 février 2013

The determination of the stellar mass of a galaxy is always subject to big uncertainties. However there is much stake to know it : first, knowing the luminosity of the stars, which is observed in various colors, one can derive the mass-to-light ratio (M/L), which depends on the nature of stars, their age, their metallicity, and on their distribution in mass. One can thus go back to the star formation history of the galaxy. In addition, knowing the dynamic mass of the galaxy, derived from the stellar velocity field, one can determine the missing mass, therefore the quantity of dark matter in the galaxy as a function of radius, by subtraction of the stellar mass from the total mass. In the elliptical or lenticular galaxies, which have very little interstellar gas, the dynamic mass is dominated by the stellar mass, the dark matter representing only a few percents. This is thus favorable to measure the stellar mass. However, these early-type galaxies are animated by random motions more than ordered rotation, and it is difficult to model the velocity field, dominated by dispersion. The determination of the dynamic mass then requires a more sophisticated model.

Figure 1 : Modélisation des champs de vitesse de 5 des galaxies de l’échantillon. Chaque colonne correspond à une galaxie, dont le nom NGC est donné en haut. Les couleurs réprésentent les vitesses, avec la palette indiquée en bas. Les vitesses ont été symétrisées par rapport à l’axe vertical central. La rangée du haut sont les vitesses observées. La rangée du milieu représente les meilleurs modèles, ajustant le mieux les données, avec un M/L indiqué à droite pour chaque galaxie. La rangée du bas reprend ce modèle mais avec un M/L divisé par 1.5. On voit combien la variation de M/L détruit le bon ajustement avec les données. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

The study just published by the international team, attempts to model in a very detailed and precise way a large sample of 260 galaxies of early-types, some examples of which are displayed in Figure 1. They have obtained the velocity fields on the telescope William Herschel in the Canary islands, and the homogeneous multi-color photometry from the SDSS (Sloan DIGITAL Sky Survey). They varied a great number of parameters in the modeling of the velocity fields, including the quantity and the distribution of dark matter, inclination, velocity anisotropy. The main result is that, not only the M/L ratio is different for each galaxy, but also the IMF function cannot be universal, and must vary from one galaxy to another, and in particular be different between elliptical and spiral galaxies. The spirals would have in proportion less stars of small mass, which have little luminosity, whereas the ellipticals on the contrary would have much more stars of small mass. Many studies had tried to demonstrate the non universality of the IMF, but there was not enough data to conclude in a convincing way.

Reference A systematic variation of the stellar initial mass function in early-type galaxies Michele Cappellari, Richard M. McDermid, Katherine Alatalo, Leo Blitz, Maxime Bois, Frederic Bournaud, M. Bureau, Alison F. Crocker, Roger L. Davies, Timothy A. Davis, P. T. de Zeeuw, Pierre-Alain Duc, Eric Emsellem, Sadegh Khochfar, Davor Krajnovic, Harald Kuntschner, Pierre-Yves Lablanche, Raffaella Morganti, Thorsten Naab, Tom Oosterloo, Marc Sarzi, Nicholas Scott, Paolo Serra, Anne-Marie Weijmans, Lisa M. Young Nature 26 April 2012 Contact Maxime Bois (Observatoire de Paris-LERMA, CNRS)

Dernière modification le 4 mars 2013