Effets de lu rotation de la masse néhulaire

Jusqu'à ce moment, nous n'avions fait aucune hypothèse sur la masse néhulaire, que nous avions supposée implicitement en repos. Dans la réalité, ce cas ne saurait exister. De même

Fig. 20.

que nous ne voyons aucune masse sans mouvement de translation, de même nous ne saurions admettre qu'une condensation de particules réunies en un point de l'espace ait pu s'effectuer de telle sorte que vitesses et mouvements se soient rigoureusement équilibrés. En d'autres termes, la somme des aires rapportée à un centre matériel ne peut être nulle : le mouvement de rotation s'impose donc au même titre que celui de translation. Ainsi nous admettrons à priori que notre masse néhulaire tournait sur elle-même autour d'un axe quelconque. Pour fixer les idées, nous allons supposer que le mouvement de rotation était direct (sens contraire des aiguilles d'une montre) et s'effectuait à peu près dans le plan de circulation des amas'. C'est cette rotation qui va régula-

' Celle supposition n'est introduite ici que pour simplifier le problème; un peu plus tard, nous examinerons tous les cas possibles.

FORMATION d'UNE NKBLLELSE SPIRALE 61

riser les mouvements des météores tombant sur le noyau nébulaire.

En elîet, que les météores soient captés directement ou indirectement, ils sont précipités sur la masse centrale en avant et en arrière, sans mouvement tangentiel évident. Dans le cas où la masse serait en repos, c'est-à-dire sa)îs rotation, nous aurions bientôt un fuseau allongée dans les deux sens, l'extrémité avant A, due à la capture directe, celle d'arrière R, due à la capture indirecte (fig'. 20).

Fijr. 21.

Maintenant faisons tourner très rapidement le noyau : le mouvement se communi([uera de proche en proche aux matériaux, à mesure f[ue se fera leur annexion, et nous obtiendrons, en plan , une fig-ure ressemblant vaguement à l'image que nous nous faisons à l'heure actuelle des nébuleuses planétaires. Nous aurons, en somme, un disque lenticulaire (lig. 21) où la densité décroitra du centre vers les bords.

iK'^

Fig:. 22. Nébuleuses vues en plan. Fij.--. 23.

Entre ces deux cas limites, toutes les figures sont possibles. Une rotation lente donnera deux branches spirales très allongées et transformera la figure 22 en la forme de la figure 23, où les nébuleuses sont vues en plan. On conçoit

fort bien que les spires soient plus ou moins prononcées suivant la vitesse angulaire de rotation, et que la cause invoquée puisse reproduire tous les types existant. C'est ainsi que nous voyons dans le ciel des nébuleuses presque annulaires, comme celle de la Lyre, à côté de formations lentes, comme celle de H. oo Pégase ', où la masse centrale apparaît avec un allongement démesuré (fig. 2i).

Fig. 24. — Nébuleuse H. 55 de la constellation de Pégase.

Étudions maintenant d'un peu plus près le mécanisme de cette condensation spiraloïde; nous allons voir qu'il est très complexe, et il n'est pas sans intérêt de faire remarquer à ce sujet qu'ici la théorie est entièrement d'accord avec l'expérience.

23. Ce que nous apprennent les observations de nébuleuses. — Il y a une dizaine d'années, on se posait encore la question de savoir- si les nébuleuses tournaient sur elles-mêmes. Le développement extraordinaire des méthodes spectroscopiques et les photographies à longue pose, au moyen des grands réflecteurs, ont permis aux astronomes, sinon de résoudre tous les problèmes entrevus, du moins de se faire (|uelque idée de la complexité des circulations au sein des nébuleuses.

Les mouvements ne se font pas du tout dans un sens unique, ainsi qu'on aurait pu le penser d'après les idées de Laplace; on trouve, en effet, dans toutes les nébuleuses étu-

' Nous prions le lecteur de se reporter aux dilTérentes figures schématiques et aux planches représentant les nébuleuses spirales les mieux connues.

FORMATION d'une NÉBULEUSE SPIRALE C3

diées , une circulation directe superposée à une circulation rétroe^rade '.

Tel est le cas présenté par la nébuleuse spirale Messier 101, visible dans la Grande Ourse. Il y a là des condensations brillantes tournant dans les deux sens, et les mouvements se font aussi bien vers l'extérieur que vers l'intérieur-. (> est ce (jui résulte des travaux de M. A. van Maanen au mont Wilson ; cet astronome a, depuis, examiné le cas de la nébuleuse typique des (Chiens de chasse, et il a trouvé que les noyaux des branches spirales extérieures manifestent une tendance à s'éloig'ner du centre. De ces constatations et d'autres analogues, Slipher avait conclu que les nébuleuses spirales manifestaient im sens de rotation ([ui était le même relativement à la courbure de leurs branches, et ce sens de rotation aurait lieu contrairement à ce que nous pouvions attendre en nous appuyant sur les théories gravitationnelles ^ C'est ce que nous avons déjà fait remarquer (n» 3) ; ainsi, la spirale des Chiens de chasse tournerait, d'après cet auteur, dans le sens des aiguilles d'une montre (voir fig. 4). La conclusion dépasse peut-être les prémisses, et le tout est de savoir si les mouvements indiqués pour l'extérieur des branches spirales restent de même nature lorsque nous nous rapprochons du centre.

La réponse à cette dernière question nous a été fournie par les observations de M. Kostinsky, de l'Observatoire de PoulkoAva, 11 résulte de l'examen stéréoscopitjue de clichés de la même nébuleuse, pris à vingt années d'intervalle (1896-1916), que les mouvements ne sont pas de même sens à l'extérieur et à l'intérieur de la nébulosité. Sur les

1 Ces mouvements rétrogrades, qui ont quelque peu déconcerté lés astronomes, n"ont cependant, en l'ait, rien que de très vraisemblable; il suffit, en effet, de constater que pour notre petit système solaire, le nombre des astres à circulation rétrograde, sans compter les comètes, s'accroît de jour en jour. Au temps de Laplace, pas un de ceux-ci n'était connu et il est bon de rappeler que, précisément parce qu'elles ne cadraient pas avec sa théorie, les comètes avaient été considérées par Laplace comme des étrangères au système.

* V. Revue du Ciel, févr. 1917, p. 90.

3 Froc. Pfiil. Soc, v. LVI, 1917, n" 5.

64 FORMATION DES NF.Bi;LEL>ES SPIRALES

branches éloignées, les nodosités manifestent une tendance à s'éloigner, avec mouvement rétrograde; près du noyau, elles tendent à se rapprocher en tournant dans le sens direct, conformément à la théorie de la contraction, conséquence de la gravitation newtonienne '.

Tels sont les faits dépouillés de toute interprétation plus ou moins subjective. Laissons de côté toutes les hypothèses et, appliquant les lois de la mécanique classique au cas déjà envisagé de météores captés par une masse attirante, voyons si les observations mentionnées peuvent facilement sexpliquer.

Nous allons successivement étudier les causes qui peuvent amener une circulation dans un sens et celles aussi nombreuses déterminant la circulation dans un sens contraire au premier. Enfin nous verrons, pour chaque cas, à quelles parties de la nébuleuse nous devons les appliquer.

24. CirculHtioii des lumis dans le sens de rot ut ion du nuvau nêhulaire. — Les amas météoriques, qu'ils proviennent de la capture directe ou indirecte, sont indilférents à une circulation dans un sens déterminé, puisque nous les avons supposés répartis d'une façon symétrique. Notons toutefois que, dans un cas comme dans l'autre, ils composent leur vitesse, en tombant, avec le mouvement angulaire de rotation, d'où entraînement des premiers arrivés, qui pénètrent très près du centre. La particule ainsi incorporée devrait le plus souvent décrire une ellipse; mais, en raison des chocs et des résistances, elle sera obligée de suivre une trajectoire à peu près circulaire. Nous sommes donc ramenés au cas d'un choc langentiel, et l'objection que la chute des météores vers la masse centrale devrait annuler son mouvement de rotation tombe d'elle-même. L'entraînement ayant lieu de proche en proche, du centre à la périphérie, on voit nettement que le fuseau prendra des deux côtés la forme d'une branche recourbée, qui, grâce à la rotation, passera alterna-

' \'. Itevue (lu Ciel, avril 1917. p. 135.

FORMATION d'uNE NÉBULEUSE SPIRALE 65

tivenient sous le flux direct et indirect, ce (jui jissurera à l'ensemble des formes tendant à la symétrie.

A cause de la perte de force vive et du mouvement se transformant en chaleur, il est difficile de faire la part des efîels (jui entrent en jeu; mais il est certain ([iie cette chute oblique des' météores aura pour effet indubitable d'aug'menler la rotation primitive de lasli-e central.

Soient en efVet : M la masse du noyau, supposé sphéricjue ; U son rayon ;

(0 la vitesse ])rimilive de rotation ; (o' la vitesse de rotation finale.

Après la chute d'un amas m animé d'une vitesse î' à la distance ;• de l'axe de rotation, (///* désii,niant un petit élément de l'amas, nous aurons pour le choc fanj^entiel (cas de l'effet maximum .

0)' / l'-dm = o) 1 r'-i/ni zb niv U ;

d'où

to' (^ M + m) IV = I iMK- ..) ±: mvW ;

et sensiblement