Galaxies M95 & M96

Résumé

Prise de vue :
Traitement :
Intérêt Ha :
Popularité :

L’objet

Localisation des groupes du triplet et de M96 dans la constellation du Lion.

M95 et M96 sont les deux galaxies principales d’un petit groupe d’une douzaine de galaxies dénommé « groupe de M96 » ; cette dernière étant la galaxie « dominante » du groupe, c’est à dire la plus massive.

Le groupe de M96 est en réalité un sous-groupe du « groupe Lion 1 », au même titre que le fameux « triplet du Lion » (composé de M65, M66 et NGC 3628), situé à proximité un peu plus vers l’Est dans la même constellation.

A noter que toutes ces galaxies se situent à une distance d’environ 30 à 35 millions d’années-lumière.

M95 et M96 présentent la particularité peu commune d’avoir été découvertes toutes les deux le même soir, le 20 mars 1781, par Pierre Méchain. Après avoir communiqué sa découverte à Charles Messier, ce dernier les a observées 4 jours plus tard avant de les ajouter à son catalogue. Il est probable que Messier ait par ce biais découvert ensuite lui-même les galaxies M65 à M66 situées à proximité ; découverte qui a longtemps été attribuée (par erreur cette fois) à Pierre Méchain…

M95 et M96 sont toutes les deux des galaxies spirales barrées, de dimensions comparables et un peu plus petites que notre Voie Lactée (93 000 AL pour M96 et 73 000 pour M95).

Si elles semblent assez similaires sur l’image présentée ici (en particulier en raison de leurs tailles, de leurs morphologies et de leurs couleurs proches), elles présentent cependant des différences très intéressantes liées à leurs spécificités respectives.

Vue rapprochée du noyau de M95 par le HST, avec la mise en évidence du noyau de formation d’étoiles proche du centre de la galaxie (Crédits : NASA/ESA)

M95 (à droite sur l’image présentée ci-dessus) présente une barre bien marquée en visible, mais qui n’apparait pas du tout en ultraviolet, signe d’une production d’étoiles au point mort dans cette région.

Elle présente également un anneau interne au sein de la structure des bras spiraux, qui se révèle très riche en zones de formation d’étoiles : il s’agit de l’ensemble des zones « bleues » sur l’image ci-contre, qui sont autant d’amas ouverts de jeunes étoiles, dont certains deviendront par la suite des amas globulaires.

On note également la présence d’un disque de flambée d’étoiles très proche du noyau, d’environ 2000 années-lumière de diamètre, qui a été relevé par les observations du télescope spatial Hubble (l’anneau brillant et bleu au centre de la galaxie sur l’image ci-contre).

Ces disques de formation d’étoiles proches du noyau sont souvent liés à la présence d’un trou noir supermassif au centre de la galaxie, ce qui est le cas pour M95 (comme pour M94 qui présente une structure similaire). Le disque de M95 présente cependant une spécificité inhabituelle (et encore complexe à modéliser) liée à la structure des zones de poussières dont l’origine semble être liée à cette zone de formation d’étoiles autour du noyau. Cette spécificité ne peut s’expliquer par la seule gravité ni par la seule présence du trou noir central, aussi d’autres hypothèses sont envisagées mais sans qu’aucune théorie ne puisse être privilégiée aujourd’hui (ancienne collision avec une autre galaxie, pression photonique, ondes de pression de supernovæ, mouvement des étoiles dans le disque central…).

M96, observée par le HST, présente une asymétrie fortement marquée, notamment par la répartition du gaz et des poussières au sein de ses bras spiraux (Crédits : NASA/ESA).

M96 (à gauche sur l’image présentée ci-dessus) contient également une structure similaire, d’environ 1350 années-lumière de diamètre. La présence d’une barre est moins flagrante que pour M95, mais est également attestée par certaines images réalisées avec le télescope spatial Hubble.

Là encore, l’origine de ce phénomène de flambée d’étoiles est à rechercher en partie du côté du trou noir central : contrairement à M95, M96 est une galaxie de Seyfert 1, à noyau actif et très lumineux, qui présente un rayonnement très important en infrarouge et ondes radio, mais également dans les rayonnements énergétiques tels que les rayons X et l’ultraviolet.

Ces disques internes font l’objet d’études approfondies par les astronomes professionnels, qui cherchent à comprendre leur formation, modéliser leur structure, leur stabilité éventuelle et leur évolution, ainsi que les liens qu’ils entretiennent avec le trou noir central mais également avec les bras spiraux.

M96 présente par ailleurs la particularité d’être fortement asymétrique : son noyau n’est pas situé exactement au centre de la galaxie, ses bras sont de forme assez différente, et la répartition du gaz et des poussières au sein de ces derniers n’est pas homogène. Si cela est déjà perceptible sur les images amateurs, c’est flagrant sur les images professionnelles (et notamment sur l’image réalisée par le HST ci-contre). L’un des bras notamment, est nettement plus actif que les autres en matière de formation d’étoiles et contient énormément de jeunes amas d’étoiles bleues.

Cette asymétrie peut s’expliquer par les interactions gravitationnelles avec d’autres galaxies proches du Groupe M96, et notamment avec M95, M105 et NGC 3384.

Observation en ondes radio de « l’anneau du Lion » : une gigantesque boucle de gaz de 650 000 années-lumière de diamètre en orbite autour de M105 et NGC 3384 (au centre), également reliée à M96 (en bas à droite).

A noter également qu’il existe un gigantesque « pont » de gaz entre la galaxie M96 et les galaxies M105 et NGC 3384, découvert en 1983. Constitué d’hydrogène neutre (HI) et d’hélium, et situé en orbite autour de M105 et NGC 3384, ce nuage en forme d’anneau s’étend sur diamètre considérable de 650 000 années-lumière et est uniquement visible par les radiotélescopes.

L’origine de cet « anneau du Lion » n’est pas encore connue avec certitude.

Les astronomes ont initialement pensé qu’il s’agissait d’un nuage de gaz primordial en train de constituer une galaxie, mais il a plus tard été établi que ce gaz n’était pas primordial.

On considère donc aujourd’hui qu’il s’agit des résidus de gaz d’une importante collision qui aurait eu lieu il y a plus d’un milliard d’années entre les galaxies NGC 3384 et M96. Ce gaz, arraché aux galaxies lors de la collision, aurait formé des trainées dans le sillage de celles-ci puis aurait pris cette forme en raison de l’orbite autour de M105 et NGC 3384.

Cette collision, bien qu’ancienne, pourrait également expliquer les spécificités actuelles de la structure de M96 et notamment son asymétrie prononcée ainsi que le décalage de son noyau par rapport au centre.

On sait en effet qu’une galaxie entrant en collision (ou interagissant fortement avec une autre en passant à proximité immédiate) subit d’énormes effets de marée gravitationnelle qui peuvent durablement affecter sa structure, voire même la modifier totalement (en transformant une galaxie spirale en galaxie elliptique ou annulaire, par exemple).

Une galaxie peut en cacher une autre ! (Crédits : ESO/VLT)

A noter également qu’une magnifique galaxie spirale (observée quant à elle – par contraste – par la tranche) est camouflée dans l’un des bras spiraux de M96.

Déjà perceptible avec des instruments de petit diamètre (comme sur l’image présentée ici, surtout en raison d’une couleur bien tranchée avec celle du bras spiral de M96), elle se révèle totalement avec de plus gros instruments.

Sur l’image ci-contre, réalisée avec le Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, on découvre en détail cet alignement fortuit : la galaxie en arrière plan (qui répond au doux nom de 2MFGC 08391) est en réalité 20 fois plus éloignée que M96, à quelques 800 millions d’années-lumière…

Beaucoup d’autres petites galaxies très éloignées sont également visibles en arrière-fond tout autour de M96.

Un effet de perspective qui vient nous rappeler, si besoin était, les dimensions considérables de l’Univers ainsi que la richesse et la grande diversité des milliards de galaxies qui le peuplent…

L’image présentée

Cette image a été réalisée au printemps 2021 avec une TSA-102 équipée de son réducteur (f/6) et une caméra Atik One 6.0 avec des filtres LRGB et Ha 6nm.

Même s’il aurait été préférable d’utiliser l’instrument à pleine focale pour bénéficier d’une résolution un peu meilleure, les dimensions limitées du capteur auraient alors été insuffisantes pour capturer les deux galaxies sur la même image. L’alternative aurait été une mosaïque, ce qui aurait permis de mieux concilier champ et résolution, mais cela n’était pas très pratique.

Le setup utilisé pour cette image.

En effet, bien qu’ayant bénéficié de 4 nuits convenables et sans Lune, cette image ne totalise qu’à peine plus de 11h de pose. La faute à un arbre mal placé qui a fortement limité les fenêtres d’acquisitions… Il a donc été nécessaire d’étaler celles-ci sur plusieurs nuits. Dans le cas d’une mosaïque à pleine focale, il aurait en outre été nécessaire d’augmenter le temps de pose global, en raison de la luminosité moindre du setup dans cette configuration.

A défaut de tout miser sur l’échantillonnage, l’utilisation du réducteur permet de bénéficier d’une plus grande luminosité et de gagner en signal dans les extensions les plus ténues des deux galaxies ; ce qui est d’autant plus à propos en l’absence de la Lune et de sa lumière parasite. Comme souvent, il est nécessaire de faire certains arbitrages sur les différents paramètres de ses acquisitions pour ce qui concerne l’échantillonnage, le champ et la luminosité du setup.

Le cadrage est délibérément « minimaliste », avec les deux galaxies alignées au centre de l’image. Il aurait été possible de les dégager davantage des bords en retenant une orientation dans la diagonale du capteur, mais après un essai, le rendu ne m’a pas paru très pertinent. Preuve que même en planifiant ses sessions en amont, il faut toujours se ménager une possibilité de modification (ou d’improvisation…) le moment venu ! 🙂

La couche de Luminance a bénéficié de 4h de pose au total (par tranches de 600s unitaires) et 2h ont été consacrées à chacune des couches RGB (en bin2 pour ces dernières). Enfin, l’ensemble a été complété par une série en Ha 6nm afin de mieux mettre en évidence les zones HII actives dans ces galaxies (à noter qu’un filtre plus restrictif, par exemple 3nm, n’aurait pas permis d’ajouter du signal sur ces objets… voir ci-après dans la rubrique « conseils d’acquisition » pour plus d’explications !).

Au niveau du traitement, j’ai retenu pour cette image des couleurs légèrement plus saturées que ce que je fais habituellement. D’une part car les deux galaxies s’y prêtent assez bien (beaucoup de petites zones Ha dans le disque et dans les bras spiraux), mais également car ces deux galaxies sont généralement présentées ensemble dans des versions moins saturées… c’était donc l’occasion de se démarquer un peu et de faire bien ressortir les différentes zones de manière un peu plus tranchée. En la regardant avec plus de recul (un an s’est écoulé depuis), je trouve toutefois que la saturation est sans doute un peu trop appuyée, ce qui nuit sans doute à la mise en valeur des zones Ha, en particulier dans les bras spiraux de M96.

Pas de traitements différenciés pour ces deux galaxies, en dehors de certains rehaussements de détails qui ont été réalisés avec des masques dédiés pour chacune d’elles (la luminosité n’étant pas la même dans les noyaux, un traitement unique n’aurait sur ce point pas donné de résultat satisfaisant).

Au final, une image que j’aime bien, malgré les défauts relevés ci-dessus (échantillonnage, cadrage, couleurs). La présence de nombreuses petites galaxies dans le fond de ciel apporte un peu de profondeur à l’image.

Conseils de prise de vue

Si elles sont relativement moins régulièrement photographiées que le Triplet du Lion voisin (en particulier M65 et M66), ces deux galaxies présentent de belles dimensions, une luminosité très correcte, beaucoup de détails ainsi que de superbes couleurs ; ce qui justifie totalement de les classer parmi les cibles prioritaires du printemps ! 🙂

Sur l’image présentée ici, ces deux galaxies ont été réunies en raison de la focale utilisée et du champ photographique lié au capteur, mais il est totalement justifié de consacrer une image à chacune d’elles si vous disposez d’un peu plus de focale et que vous souhaitez mettre en valeur les beaux détails qu’elles renferment. Sauf à utiliser une focale très importante, il est par ailleurs tout à fait envisageable de réaliser une mosaïque afin de les regrouper sur la même image au final. Ce regroupement est d’autant plus intéressant que ces deux galaxies appartiennent au même groupe et présentent des similitudes en terme de taille, de luminosité et de couleurs (malgré les spécificités propres à chacune évoquées plus haut).

Niveau cadrage, avec un capteur APS-C, une focale de 1200mm au maximum permet d’inclure ces deux galaxies sur la même image. Au-delà, il faudra soit bénéficier d’un capteur plus grand, soit se résoudre à une mosaïque. Si vous cherchez au contraire à réaliser une vue rapprochée de l’une ou l’autre de ces galaxies, la focale maximum sera uniquement dictée par la taille de votre capteur ; mais dans ce cas, même un format moyen de type APS-C est plus que suffisant pour utiliser une focale importante et obtenir de superbes détails dans les noyaux et dans les bras spiraux.

Cadrage avec un capteur APS-C et 600mm de focale : il est possible d’inclure le groupe de M105 voisin.

A noter que si vous souhaitez également inclure dans le champ certaines autres galaxies du Groupe M96 un peu plus éloignées (M105, NGC 3384…), il sera alors nécessaire de réduire la focale. Toutefois, ces galaxies (lenticulaires et elliptiques) ne présentent pas de détails très marqués, ce qui revient au final à perdre en détails sur M95 et M96 pour y inclure des objets avec moins d’intérêt esthétique. Une exception notable avec la galaxie spirale NGC 3389, à proximité de M105, qui se révèle magnifique avec une focale importante.

Sauf à disposer d’un instrument de grand diamètre et très ouvert, associé à un grand capteur – auquel cas la vue d’ensemble peut se révéler très spectaculaire, comme sur cette image de Bart Delsaert !) – le jeu n’en vaut peut être pas la chandelle…

Ne vous fiez pas uniquement aux magnitudes mentionnées dans les planétariums : si M95 est l’un des objets les moins lumineux du catalogue Messier (9,7), cette luminosité de surface est plus que correcte au regard des performances des capteurs CCD et CMOS actuels ; si bien qu’il est possible de réaliser une belle image avec un signal satisfaisant en quelques heures seulement… du moins pour la couche Luminance ! Les extensions des bras spiraux sont assez clairement délimités, et aucune de ces galaxies ne présente de halo très ténu auquel il faudrait consacrer un temps de pose beaucoup plus élevé pour le relever. Par ailleurs, le fond de ciel alentour est dépourvu d’IFN. La mise en valeur des petites galaxies éloignées en arrière-plan peut justifier d’augmenter le temps de pose pour la couche de luminance et ainsi bénéficier au passage – comme toujours – d’un fond de ciel plus propre et moins bruité.

Comme souvent sur ce type de cible, il est inutile d’allonger le temps de pose unitaire en luminance. Mieux vaut privilégier des poses plus courtes et moins susceptibles d’être altérées par la turbulence ; ou à tout le moins, permettant un « tri » plus simple des meilleures brutes. Pour la photo présentée ici, j’ai retenu des poses unitaires de 600s, mais si votre instrument est suffisamment lumineux (ou que vous ne bénéficiez pas d’un ciel bien transparent et stable), des poses de 300s seront sans doute préférables. En ce sens, n’hésitez pas à contrôler, lors des acquisitions, la finesse des images obtenues et à ajuster le temps de pose en conséquence.

Prévoyez en revanche un temps de pose global suffisant pour les couches couleurs, car ces galaxies sont assez peu contrastées et en l’absence d’un signal suffisant, il sera compliqué de mettre en valeur leurs nuances sans faire monter rapidement le bruit chromatique lors du traitement. A noter que, selon votre échantillonnage, il peut être intéressant de recourir au binning 2x pour les couches couleurs afin d’optimiser le rapport temps de pose / signal ; la perte de détails sur les couches couleurs n’étant pas problématique en soi (les couches couleurs en résolution native permettront uniquement d’améliorer les étoiles et d’optimiser certaines zones de transition dans les structures internes des galaxies).

Une couche Ha peut être envisagée en « bonus », si vous avez du temps à y consacrer en plus du reste. Celle-ci sera utile pour rehausser les zones actives dans le noyau et dans les bras spiraux, en particulier sur M95.

Attention cependant à ne pas utiliser un filtre Ha trop restrictif ! En effet, compte-tenu de la distance de ces galaxies et de leur vitesse d’éloignement, les raies spectrales sont décalées vers le rouge… y compris bien-sûr celle du Ha ! Avec un redshift de 0,0026, la raie Ha passe ainsi de 656,4nm à 658,1nm, soit un décalage de 1,7nm. Ainsi, avec un filtre Ha de 3nm de bande passante (soit 1,5nm de chaque côté de la raie), il ne sera pas possible de capter le signal Ha dans ces galaxies… Il faut donc utiliser un filtre de 6nm de bande passante, afin de bien capter le signal « décalé » de la raie Ha.

A noter qu’avec un APN, les filtres anti-pollution lumineuse (type « skyglow ») sont déconseillés car peu adaptés aux objets à émission continue tels que les galaxies ; avec au final le risque d’une calibration des couleurs très compliquée à réaliser lors du traitement.

Conseils de traitement

Luminance. Le traitement de M95 et M96 ne présente pas de difficultés notables. Cela est surtout lié au fait que chacune de ces galaxies est clairement délimitée et que les extensions les plus ténues seront mises en évidence sur la couche de luminance avec un temps de pose global raisonnable. Par ailleurs, bien que les noyaux soient plus lumineux que les bras spiraux, la différence n’est pas aussi importante que pour d’autres galaxies où cet aspect peut rendre plus délicat la phase de montée d’histogramme.

Sur ce point ici, il n’est donc pas nécessaire de recourir à des techniques sophistiquées de montée d’histogramme (MaskedStetch, ArcsinhStretch ou autres…) : un traitement tout à fait classique suffira dans la grande majorité des cas à obtenir une image correcte ; par exemple pour la montée d’histogramme avec une simple fonction logarithme suivie d’un ajustement des curseurs.

Naturellement, plus votre temps de pose global sera élevé et plus le rapport signal/bruit de vos brutes sera bon, plus simple sera l’opération, avec au passage des zones de transitions plus qualitatives entre le fond de ciel et les extensions les plus ténues des bras spiraux. Sur ce point, veillez à conserver des zones de transition harmonieuses et progressives entre le fond de ciel et les extensions. Attention également à ne pas trop baisser le niveau du fond de ciel pour essayer de rehausser artificiellement les galaxies… En cas de transition trop brutale, l’image finale peut en effet donner l’impression que la galaxie a été « collée » sur le fond de ciel ! Prenez garde également à ce que l’aspect des étoiles ne soit pas trop altéré lors de cette opération.

A noter que ces conseils s’appliquent aussi bien dans le cas d’une image réunissant les deux galaxies que dans le cas d’images isolées de chacune d’elles.

Sous réserve d’un échantillonnage suffisant, les zones centrales des deux galaxies présentent de beaux détails qu’il est possible de rehausser en fin de traitement, notamment au moyen du process HDRMultiscaleTransform. Correctement appliqué, celui-ci permet de mieux faire ressortir de nombreux détails dans le bulbe central de la galaxie et les principaux bras spiraux. Inutile en revanche d’appliquer ce process dans les zones les plus ténues des bras spiraux.

Exemple de masque pour l’application du process HDRTM (avant retrait des étoiles dans le fond de ciel).

Ce process doit donc être appliqué au moyen d’un masque, qu’il est ici recommandé de créer de manière spécifique pour chacune des galaxies. Celles-ci n’ayant pas la même luminosité, la création d’un seul masque peut en effet s’avérer compliquée pour isoler les zones pertinentes sur chacune d’entre elles.

A cette fin, il est par exemple possible de créer deux masques spécifiques pour M95 et M96 avec le process RangeSelection sous Pixinsight, d’effacer sur chacun des masques l’autre galaxie (sous Photoshop par exemple), puis de recombiner ces masques avant de supprimer les étoiles restantes dans le fond de ciel (à la main sous Photoshop ou via PixelMath et un masque d’étoiles sous Pixinsight).

A noter que pour la réalisation de ces masques, il est possible de travailler également avec des versions starless des images, mais un retrait des étoiles au final reste conseillé afin de protéger efficacement les étoiles présentes dans les zones à traiter avec HDRMT.

Pour en savoir plus sur la mise en œuvre de ces process de rehaussement de détails, je vous invite à consulter le tutoriel dédié à HDRMT, ainsi que le tutoriel plus général consacré à l’amélioration des détails avec Pixinsight, ainsi que le tutoriel spécifique à Photoshop le cas échéant.

Voici un exemple de la différence de rendu sur la couche Luminance entre la brute empilée et la version finale sur laquelle les process de rehaussement de détails ont été appliqués. Le gain dans les détails est notable et contribue également à donner du relief à l’image finale :

L brute empilée L traitée

Attention cependant à ce que ce rehaussement des détails avec HDRMT ne se fasse pas au détriment d’une trop grande perte de luminosité des zones traitées, qui peut rapidement altérer la cohérence globale de l’image en terme de contraste.

Couche Couleurs. La couche couleurs peut s’avérer plus délicate à traiter que la luminance, car ces deux galaxies présentent des teintes assez faibles et il va falloir s’appliquer un peu pour essayer de les faire ressortir au mieux. A cette fin, et contrairement à la couche Luminance, la montée d’histogramme peut être réalisée au moyen du process MaskedStretch, qui permet de bien préserver les couleurs dans les zones les plus lumineuses.

L’étape de calibration des couleurs peut s’avérer plus délicate qu’à l’accoutumée pour ces galaxies, notamment si elles sont réunies sur la même image. En effet, bien que semblables elles ne sont pas exactement du même type et la calibration avec le process PhotometricColorCalibration (PCC) de Pixinsight peut donner des résultats moyennement convaincants (soit pour l’une, soit pour l’autre… voire pour les deux !).

Sur l’image présentée ici, ce process a cependant donné un résultat convenable après quelques essais (privilégiez un réglage de référence sur « average spiral galaxy« ), même si quelques corrections sélectives finales sous Photoshop ont été nécessaires.

Pour se faire une idée de la faible saturation des couleurs de ces galaxies, voici l’image obtenue en mode linéaire après combinaison des 3 couches RGB et application du process PCC sous Pixinsight :

Image RGB obtenue en linéaire après combinaison des couches et calibration avec PCC.

Pour faire ressortir un peu plus les couleurs des galaxies, il sera donc nécessaire d’augmenter la saturation (avec un masque pour protéger les étoiles qui sont en revanche déjà bien colorées…) et éventuellement de procéder à quelques ajustements avec la correction sélective sous Photoshop afin de mieux mettre en valeur certaines zones de transition dans les noyaux et les bras spiraux.

Exemple de couche Ha obtenue avec 1h de pose en bin2 et un filtre 6nm.

Si vous avez réalisé une image Ha, vous pouvez combiner celle-ci avec l’image RGB pour renforcer la couche Rouge.

Différentes méthodes s’offrent à vous pour réaliser cette opération, et sont présentées plus en détails dans le tutoriel dédié.

Ci-contre l’image Ha obtenue avec 1h de pose en bin2 (avec un filtre Ha 6nm), sans aucun traitement en dehors de la montée d’histogramme.

On constate que le signal Ha est faible mais malgré tout bien présent, et peut donc être utilisé avec profit pour rehausser la visibilité des zones HII dans ces deux galaxies.

Sur l’image présentée, la méthode d’ajout au moyen de la fonction PixelMath a été retenue afin d’obtenir un résultat plus précis et localisé, afin d’éviter d’ajouter du rouge sur l’ensemble du noyau et des bras des galaxies.

Si je devais la refaire…

Ce ne serait pas en mosaïque, mais avec un instrument à grande focale afin d’obtenir de meilleurs détails sur chacune des galaxies, qui présentent toutes les deux des structures très intéressantes.

Sur une image comparable avec les deux galaxies, l’utilisation d’un capteur un peu plus grand permettrait d’apporter un peu d’espace au cadrage qui est ici un peu à l’étroit… La réalisation de couches couleur en bin1 serait également à tester pour aller un peu plus loin dans la transition des différentes zones et structures de ces galaxies.

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