Astronomie: fiches pratiques

Les catalogues

Répertorier, inventorier, classer les objets célestes a été une activité cruciale des astronomes de tous les temps. Les premiers catalogues concernaient les astres visibles à l'oeil nu - les étoiles - et furent établis dès l'Antiquité (Hipparque, Ptolémée). L'astronomie moderne, doté de puissants moyens de détection, recense toujours plus d'objets - galactiques, extra-galactiques. Le satellite Hipparcos a ainsi recensé des millions d'étoiles, produisant du coup, de nouveaux et plus précis catalogues stellaires.
En voici quelques uns, anciens et encore d'actualités, beaux et utiles à nos observations visuelles, à nos activités d'astrophotographes, quels que soient nos moyens. Cette liste n'est pas du tout exhaustive....

Les catalogues d'étoiles de Bayer et De Flamsteed

• Uranometria sur le site de e-rara.ch.
En 1603, Johann Bayer (1572-1625), astronome allemand né en Bavière, publia Uranometria , le premier atlas celeste imprimé. Il classa les étoiles de chaque constellation d'après leur éclat apparent (à quelques exceptions près) à l'aide de l'alphabet grec : les désignations de Bayer, encore utilisées de nos jours (lettre grecque + génitif de la constellation).

• Atlas Coelestis sur le site de National Library of Australia.
Historia cœlestis britannica fut publié en 1712 sans l'autorisation de John Flamsteed (1646-1719). Premier Astronome de l'observatoire royal de Greenwich fondé en 1645, le mécontentement de Flamsteed fut terrible : il jugeait cette édition trop imprécise, trop incomplète. II réussit alors à racheter quelques 300 exemplaires sur les 400 qui avait été imprimés pour les brûler...Son atlas celeste, contenant près de 3 000 étoiles, fut republié - à titre posthume - en 1725, par sa veuve et d'anciens collègues. Répertoriant les étoiles de chaque constellation ouest en est par des chiffres arabes, les désignations de Flamsteed sont toujours utilisées de nos jours.

les catalogues Messier et NGC

• Le catalogue Messier sur le site du SEDS.
Charles Messier (1730-1817) publia en 1771 son catalogue dans les Mémoires de l'Académie Royale des Sciences. Chasseur de comètes, son intention était de répertorier ces objets inconnus et absents des cartes , qui trompaient les astronomes dans leur chasse aux comètes. Il s'en explique dans Connaissance du temps de 1801 : «Ce qui m'a poussé à commencer le catalogue, c'est la nébuleuse que j'ai découverte dans la corne méridionale du Taureau (M1) le 12 septembre 1758 alors que j'observais la comète de cette année (la comète de Halley)...Cette tache ressemblait tellement à une comète dans sa forme et sa brillance que j'ai tenté d'en trouver d'autres pour que les astronomes ne confondent pas ces mêmes nébuleuses avec les comètes qui commencent à briller.»
Le catalogue inital comportait une liste de 45 amas et nébuleuses. Secondé dans les observations et les découvertes de nouveaux objets par son collègue Pierre Méchain (1744-1804) , Messier publia en 1784 dans Connaissance du Temps , un catalogue final de 103 objets. Par la suite d'après les notes de Messier, 7 nouveaux objets furent rajoutés portant le total à 110 (des galaxies, des nébuleuses et des amas d'étoiles).

• Le catalogue NGC sur le site du Courtney Seligman.
Avec le catalogue Messier, le New General Catalog est très connu et utilisé par les astronomes amateurs. Il recense, de nos jours, 7 840 objets de tous types. Son histoire débute avec le grand astronome William Herschel ((1738-1822) - infatigable arpenteur céleste - qui répertoria entre 1786 et 1802, dans 3 catalogues de nébuleuses, près de 2 500 objets. Son fils John (1792-1871) publia en 1864 le General Catalogue of Nebulae . Il recensait 5 079 objets alimentés par les catalogues de son père, revus et corrigés par ses propres travaux. En 1888, John Dreyer (1852-1926) le transforma et présenta le New General Catalog qui comptait 5 386 objets. Il l'augmenta de l' Index Catalog I et II, le catalogue IC qui porte à plus de 13 000 le nombre d'objets recensés avec le catalogue NGC. En 1973, J.W. Sulentic et W.G. Tifft effectuent une révision complète des 2 catalogues et publient le Revised New General Catalogue et son supplément le Revised Index Catalogue (RIC). Enfin en 1988, les catalogues NGC et IC sont partiellement revus et corrigés par Roger Sinnott et porte le nom de NGC2000.0.

Les amas stellaires

Les amas stellaires sont des regroupements d'étoiles plus ou moins concentrées, formées en des temps et des conditions supposés semblables et liées entre elles par la gravitation. L'étude des amas fournit des renseignements sur la formation et l'évolution des étoiles. Ce sont des cibles de choix des astronomes amateurs débutants équipés d'instruments de diamètre modeste, leur répérage et leur observation étant assez aisés, leur vision à l'oculaire toujours spectaculaire. Il existe 2 types principaux : les amas ouverts et les amas globulaires.

les amas globulaires

Ce sont des système denses comprenant de quelques milliers à quelques centaines de milliers d'étoiles, de forme à peu près sphérique, et de diamètre compris entre 50 et 200 parsecs. On en connaît plus de 150 qui gravitent autour de la Galaxie (répertoriés principalement dans les catalogues Messier et NGC mais aussi IC, Palomar etc... cf. la page SEDS). Il semblerait que leur nombre soit sensiblement plus élevé, l'absorption interstellaire empêchant d'en faire un dénombrement précis. m13m On a également détecté des amas globulaires autour des galaxies proches, comme la grande nébuleuse d'Andromède (M 31), celle du Triangle (M 33), les Nuages de Magellan, NGC 185, NGC 147, NGC 2403. Il existe aussi des amas globulaires intergalactiques, dynamiquement indépendants.
En 1917, Harlow Shapley (1885-1972) détermina la distribution en trois dimensions des amas globulaires qui gravitent autour de notre Galaxie (lire son article Studies based on the colors and magnitudes in stellar clusters paru dans Astrophysical Journal, 48, disponible sur le site SAO/NASA ADS). Il montra ainsi que l'ensemble de ces amas forme un immense système concentrique centré autour d'un point bien précis situé dans la direction du Sagittaire. Shapley comprit alors, que ce point devait être le centre de notre Galaxie, et que le Soleil n'occupait qu'une position périphérique dans le disque aplati de celle-ci.
De plus, il établit en 1927 avec Helen B. Sawyer (1905-1993) une classification des amas globulaires basée sur la concentration d'étoiles de leur partie centrale, de la classe I (la plus concentrée) à la classe XII (la plus relâchée). Lire leur article A Classification of Globular Clusters paru dans le Harvard College Observatory Bulletin n°849 disponible sur le site SAO/NASA ADS.

Une lunette astronomique de 60mm de diamètre permet l'observation visuelle de ces amas stellaires. Ils se présentent alors comme des taches laiteuses non résolues en étoiles. Avec un télescope de 200mm, leur vision devient plus intéréssante, les étoiles périphériques étant bien résolues. M13 (ci-contre en vignette) est vraiment spectaculaire et supporte des grossissements élévés (x300). En imagerie numérique, ce sont des objets qui permettent se faire la main assez rapidement et d'obtenir des images gratifiantes. J'ai d'ailleurs débuté l'imagerie du ciel profond sur ce type d'objets en assurant le suivi de la monture à l'aide d'un diviseur optique et d'un oculaire réticulé.

Les amas ouverts ou amas galactiques:

Les amas ouverts sont beaucoup moins riches en étoiles (quelques centaines), et beaucoup moins denses. Ils se présentent comme des systèmes stellaires relativement lâches et ne présentent pas de condensation centrale. Répertoriés dans de multiples catalogues stellaires (cf. la page WEBDA ), on en connaît un millier environ dans notre Galaxie. ngc869m Mais on estime leur nombre à 30 000 au moins, la majorité étant inobservables à cause de l'absorption interstellaire. Ils sont tous concentrés dans le plan galactique. Leur dimension varie entre 1,5 et 15 parsecs.
Parmi les plus célèbres dans le ciel de notre hémisphère boréal, citons M45 les Pléaides dans la constellation du Taureau, M44 l'amas de la Crèche dans la constellation du Cancer ou NGC869/884 le Double Amas dans la contellation de Persée (en vignette ci-contre).
Une lunette astronomique de 60mm permet de débuter leur observation qui est réellement spectaculaire.

Les associations d'étoiles :

Une association est un amas d'étoiles jeunes en expansion. Elle est constituée d'étoiles bleues très chaudes, entourant un ou plusieurs amas ouverts, noyaux de l'association. Les associations d'étoiles O B sont les plus fréquentes, mais on connaît également des associations d'étoiles du type T Tauri. Leur dimension peut atteindre 200 parsecs, c'est-à-dire une valeur bien supérieure à celle des amas galactiques. La détermination du mouvement des étoiles d'une association a permis de vérifier qu'elles provenaient toutes d'une même région et d'estimer ainsi l'âge de cette association.

Classification des amas ouverts :

En 1930, Robert J. Trumpler (1886-1956) proposa une classification des amas d'étoiles ouverts établie selon des critères de concentration, de luminosité et de richesse (Lire son article Preliminary results on the distances, dimensions and space distribution of open star clusters , à partir de la page 159 du PDF au paragraphe " 4. Classification of Clusters According to Appearence", article paru dans le Lick Observatory bulletin n°420 et disponible sur le site SAO/NASA ADS.

• Concentration:
distinguée par des chiffres romains de I à IV et par ordre de concentration décroissante.
I désigne les amas ayant une forte concentration centrale.
II désigne les amas présentant une concentration centrale plus faible mais encore bien distincte.
III correspond aux amas ne présentant pas de concentration centrale mais une nette distinction avec l'environnement stellaire.
IV désigne les amas se détachant faiblement de l'environnement stellaire.

• Luminosité:
désignée par des chiffres arabes de 1 à 3
1 pour les étoiles présentant à peu près la même luminosité.
2 pour les étoiles qui présentent une dispersion assez régulière de luminosité.
3 pour les étoiles de luminosité très dispersée, des étoiles très brillantes à très faibles.

• Richesse:
désignée par les lettres p, m et r
p pour les amas pauvres en étoiles (moins de 50).
m pour les amas moyens (de 50 à 100 étoiles).
r pour les amas riches (plus de 100 étoiles).

En outre, les lettres n, e et u sont utilisées pour désigner :
n lorsque l'amas est associé à des nébulosités.
e losque l'amas est allongé.
u lorsque l'amas est asymétrique.

Les galaxies

Les galaxies comprennent de un à cent milliards d'étoiles chacune, et peuvent s'étendre sur des milliers d'années-lumière. Leurs formes variées - elliptiques, spirales, irrégulières - ont conduit à une première classification établie par Edmund Halley en 1926 selon des critères morphologiques et connue sous le nom de séquence de Hubble. Des millions de galaxies sont connues aujourd'hui et de nombreux catalogues répertorient leurs propriétés. En voici quelques-uns :
• le célèbre catalogue Messier recense 27 galaxies de différents types.
• le catalogue d'amas de galaxies Abell débuté par George Abell en 1958 et enrichi en 1989, il recense plus de 4 000 amas de galaxies.
• le catalogue Arp établi par Halton Arp et publié en 1966, il recense 338 galaxies particulières.
• le catalogue Markarian (Mrk) établi à partir de 1966 par B.E. Markarian, il recense plus de 1 500 galaxies.
• le catalogue PGC recense quant à lui presque 1 million d'objets !!!

Classification des galaxies

La séquence de Hubble

La séquence de Hubble :
E : galaxies elliptiques SO : galaxies lenticulaires S : spirales normales SB : spirales barrées.

Les galaxies elliptiques

m110m Les galaxies elliptiques (E) ont la forme d'ellipsoïdes plus ou moins aplatis, avec une répartition d'étoiles augmentant vers le centre, et ne révèlant aucune structure fine. Elles sont classifiées en fonction de leur aplatissement, de E0 pour une sphère parfaite à E7 pour un aplatissement maximal. On distingue des galaxies elliptiques naines (ci-contre en vignette : M110 galaxie elliptique de type E6 et satellite de la galaxie d'Andromède - M31) et des galaxies elliptiques géantes pouvant atteindre l'équivalent de 100 galaxies spirales moyennes.

Les galaxies spirales

m51am Les galaxies spirales sont classifiées de a à c en fontion du nombre de bras spiraux et de l'importance de leur bulbe. Elles ont une forme aplatie, la plupart des étoiles brillantes étant concentrées dans un disque peu épais, et suivant des bras qui dessinent des spirales à partir de la région centrale. (en vignette : M51A - la galaxie du Tourbillon - de type Sc, en interraction avec M51B de type SB0 pec) Au centre des galaxies spirales se trouve une grande concentration d'étoiles, le bulbe.
Elles sont divisées en deux groupes : les spirales normales (S), dans lesquelles les bras partent directement du bulbe, et les spirales barrées (SB), dont les bras se détachent à l'extrémité d'une « barre » traversant le bulbe. De plus, les galaxies spirales, normales ou barrées, se différencient par l'importance relative de leur bulbe et de leurs bras, mais aussi par l'ouverture de ces bras. On distingue ainsi les Sa et SBa, au bulbe important et dont les bras s'enroulent de façon serrée autour du bulbe, les Sc et SBc, au bulbe ténu et aux bras très ouverts et les Sb et SBb, aux propriétés intermédiaires.

Les galaxies lenticulaires (S0)

Nouvelle catégorie introduite pour désigner certaines galaxies elliptiques très aplaties possédant un bulbe très lumineux et, parfois, de la matière interstellaire absorbante esquissant l'ébauche d'un disque.

Les galaxies irrégulières

Ce sont des galaxies ne possédant aucun axe de symétrie. Les Nuages de Magellan ont longtemps servi d'archétype des galaxies irrégulières, mais on s'est aperçu, par l'étude de la répartition de l'hydrogène neutre, que le Grand Nuage était en réalité une galaxie spirale déformée par des effets de marée gravitationnelle avec notre Galaxie. Les galaxies irrégulières sont riches en matière interstellaire et en étoiles jeunes.

Parmi les galaxies de grande taille, le type spiral domine nettement. Par exemple, sur six cents galaxies, Hubble avait identifié 17 p. 100 d'elliptiques, 19 p. 100 du type Sa et SBa, 25 p. 100 de Sb et SBb, 36 p. 100 de Sc et SBc et seulement 3 p. 100 d'irrégulières. Cependant, des études ultérieures de l'amas local et d'autres amas de galaxies proches ont montré que cette statistique était faussée par un effet de sélection. Il existe en particulier une classe d'elliptiques naines intrinsèquement peu lumineuses, donc détectables seulement lorsqu'elles sont proches, et dont le nombre semble supérieur à celui de tous les autres types.

Les nébuleuses

La dénomination de nébuleuse est utilisée par désigner des objets célestes de nature différente: les nébuleuses planétaires, les rémanents de supernovae, les bulles de Wolf-Rayet, les nébuleuses en émission, les nébuleuses par réflexion et les nébuleuses obscures. Schématiquement, les trois premières catégories sont issues d'étoiles éruptives, et les trois autres, de grands nuages de gaz interstellaires, dans lesquels se forment, par effondrement de matière, les étoiles.

Elles ont été et sont, au fil des découvertes, répertoriées dans de nombreux catalogues, dont voici une liste non exhaustive :
• le catalogue Messier récense 11 nébuleuses de différents types.
• le catalogue Sharpless publié par Stewart Sharpless en 1953 et enrichi en 1959, il recense plus de 300 régions HII, et quelques nébuleuses planétaires.
• le catalogue PK établi par L.Perek et L. Kohoutek en 1967 et par L. Kohoutek en 2001 sous sa version présentée ici en lien recense plus de 1 500 nébuleuses planétaires.
• Le catalogue NGC (sur le site de Courtney Seligman) et le catalogue IC (sur le site de Sky Map) répertorient également de nombreuses nébuleuses.

Les différents types de nébuleuses :

Les nébuleuses planétaires :

ngc7293m Les nébuleuses planétaires sont formées de gaz éjecté par des étoiles de taille moyenne, en fin de vie (en phase de supergéante rouge), dissipant leur matière dans l'espace. Leur enveloppe de gaz est rendue lumineuse par le rayonnement du coeur encore actif de l'étoile centrale, ce qui en fait des nébuleuses en émission. Les nébuleuses planétaires révèlent souvent des structures en forme de d'anneaux ou de bulles, mais aussi des structures complexes, irrégulières, en sablier etc... Leur couleur variée dépend de la nature des gaz ionisés : rouge et orange pour l'hydrogène et l'azote, bleu pour l'hélium. Le nuage de matière peut atteindre un diamètre d'une année-lumière et se dissipe dans le milieu interstellaire en une dizaine de milliers d'années, laissant les restes du noyau compact de l'étoile qui devient une naine blanche.
Leur faible diamètre angulaire et leur forme en bulle les firent longtemps confondre avec des planètes, d'où leur nom impropre toujours utilisé. La nébuleuse annulaire de la Lyre (M57), la nébuleuse de l'Hélice (NGC7293) - ci-contre en vignette - sont des exemples connus de ce type de nébuleuses, observables sous nos latitudes.

Les rémanents de supernovae :

ngc6960m Un rémanent de supernova est un nuage gazeux résultant de l'explosion d'une étoile en supernova. Les étoiles massives en fin de vie et les naines blanches en interaction avec une étoile voisine (collision ou accumulation de matière) sont concernées par ce type d'explosion spectaculaire. Dans un temps très bref et avec une luminosité pouvant atteindre 10 milliards de fois celle du Soleil, presque toute la matière de l'étoile est dispersée dans le mileu interstellaire. La nébuleuse du Crabe (M1) est l'exemple le plus significatif de rémanent jeune, supernova qui fut observée en 1054 par les astronomes chinois. Les Dentelles du Cygne (NGC6960, ci-contre) sont un exemple de rémanent très dilaté observable sous nos latitudes.

Les bulles de Wolf-Rayet :

Désignation récente pour qualifier un type de nébuleuse - utilisée depuis 1993 et issue d'une publication scientifique de Garcia-Segura, G. C. et MacLow, M.-M. ( Wind-Blown Bubbles in Ejecta Medium ) -, les bulles de Wolf-Rayet sont des bulles de gaz expulsées par les couches externes d'étoiles chaudes et massives, dites de Wolf-Rayet. Ce sont également des nébuleuses en émission, l'enveloppe de gaz étant ionisée par le rayonnement ultraviolet dégagé par l'étoile centrale. La nébuleuse du Croissant (NGC6888) est une bulle de Wolf-Rayet observable sous nos latitudes.

Les nébuleuses diffuses en émission :

m42bm Ce sont des masses lumineuses de gaz principalement composées d'hydrogène. La présence d'étoiles massives de type O ou B, au sein de ces régions, provoque l'ionisation des atomes d'hydrogène (l'hydrogène perd son électron). Par un processus complexe, l'énergie ultraviolette des étoiles excitatrices permet à ces nébuleuses de briller intensément en lumière visible. Elles ont été baptisées Région HII par les astronomes et sont parfois désignées sous le nom de nébuleuses gazeuses brillantes. L'émission des régions HII en lumière visible se situe principalement à la longueur d'onde de la raie de l'hydrogène Ha (656nm) de la série de Balmer ce qui correspond à la couleur rouge. La nébuleuse d'Orion (M42) - ci-contre en vignette - est un exemple typique de ce type de nébuleuses.

Les nébuleuses diffuses par réflexion :

m45am Les nébuleuses par réflexion sont des nuages de gaz et de poussières interstellaires qui réfléchissent la lumière des étoiles brillantes situées à proximité. La couleur bleue, dominante dans ce type de nébuleuse, tient du fait que la lumière bleue est plus facilement diffusée et réfléchie que la couleur rouge (le même phénomène nous donne le bleu du ciel de notre Terre). Un bel exemple est fourni par les nébulosités entourant les étoiles de l'amas ouvert des Pléaides (M45) - ci-contre en vignette l'étoile Mérope - dans la constellation du Taureau.

Les nébuleuses obscures :

Également appelées nébuleuses sombres ou nébuleuses d'absorption , b33bm ce sont des nébuleuses particulièrement riches en matière interstellaire. Elles n'émettent aucune lumière visible étant situées loin de toute étoile excitatrice et constituent donc un nuage sombre, absorbant et masquant la lumière les astres situés derrière elles. De densité très élevée, ces nuages interstellaires sont composés de poussières, de gaz tel que l'hydrogène moléculaire (H ₂ ), mais aussi, suivant leur taille, de molécules organiques. Le nébuleuse de la Tête de Cheval (B33) dans la constellation d'Orion , - ci-contre en vignette - célèbre nébuleuse obscure de l'hémisphère boréal, se détache nettement de l'arrière-plan lumineux constitué par la nébuleuse en émission IC 434. De même, ce sont de telles nébuleuses obscures qui scindent la Voie Lactée en 2 bras dans la constellation du Cygne.

Les globules de Bok :

Petites nébulosités sombres, ce sont de véritables cocons au sein desquels de nouvelles étoiles peuvent se créer. Courantes dans les régions HII, elles sont principalement composées d'hydrogène moléculaire (H ₂ ) et leur taille avoisine une année-lumière. En 1947, Bart Bok et Edith Reilly publièrent un article dans la revue Astrophysical Journal dans lequel ils employèrent le terme de globule qui fut retenu pour désigner ce type d'objet.

Sources

Astronomie et Astrophysique: Seguin et Villeneuve - De Boeck Université 2002 - ISBN 2-8041-4012-1
Atlas d'astronomie: Joachim Herrmann - Stock 1976 - ISBN 2-234-00469-1
Astronomie: Roger Caratini - Bordas Encyclopédie 1968 - D/1968/0190/23
Dictionnaire d'Astronomie: Philippe de la Cotardière - Larousse 1987 - ISBN 2-03-720019-6
Encyclopedia Universalis
Guide pratique d'Astronomie: Supplément de l'encyclopédie Astronomie - Editeur inconnu ?!