I – Présentation - La structure d`une étoile

THÈME : L’UNIVERS
Les étoiles
TP N°20
SPECTRE D’UNE ETOILE
Objectif : interpréter le spectre d’une étoile et en déduire sa composition
I – Présentation - La structure d’une étoile
Une étoile est une sphère de gaz très chaud, au sein de laquelle se produisent des réactions de fusion nucléaire. La
lumière qui nous arrive d’une étoile est émise par sa photosphère (couche de gaz chauds, denses et opaques, située à la
surface de l’étoile). Si on la décomposait juste après son émission, on obtiendrait un spectre d’émission continu. Mais
avant de nous parvenir, cette lumière d’origine thermique traverse d’abord la chromosphère de l’étoile (zone de
l’atmosphère de l’étoile. La température y est plus basse et la pression très faible) et est en partie absorbée par les
atomes qu’elle contient. Finalement, si on décompose la lumière qui arrive sur Terre, on obtient un spectre de raies
d’absorption (doc 19 page 263 pour celui du Soleil).
La couleur d’une étoile donne une indication sur la température de sa surface. C’est un des éléments qui permettent de
classer les étoiles :
Doc 1 : les classes spectrales
Classe
spectrale
t° de surface
Couleur
W
> 50 000°C
bleu
O
50 000 - 25 000°C
bleu
B
25 000 - 10 000°C
A
F
bleu à blancbleuté
blanc-bleuté à
10 000 - 7 500°C
blanc
blanc à blanc7 500 - 6 000°C
jaune
G
6 000 - 5 000°C
jaune
K
5 000 - 3 500°C
orange
M
< 3 500°C
rouge
C
3000 à 2000°C
rouge
Questions
1 – En s’aidant du texte d’introduction, compléter les deux légendes sur la photo du Soleil (doc. 2).
2 – Rechercher la température de la photosphère du Soleil. En déduire sa couleur et sa classe spectrale.
II – Etude de l’étoile RIGEL
Rigel est une étoile de type super géante de la constellation d’Orion (voir page 260 du livre). Son nom vient de l’arabe
« Rijil Jauzah al Yusra » qui signifie ……………………………………………………….…………………………………………………………………..…
Elle se trouve à 800 années-lumière du Soleil et son diamètre en est environ 80 fois supérieur. La température de sa
photosphère est d’environ 11000°C.
1. Quelle est la couleur de l’étoile Rigel ?
2. Représenter le Soleil par un point de 1 mm de diamètre et, à côté, l’étoile Rigel en respectant l’échelle.
Etude du spectre de Rigel
Sur une même pellicule, à la même échelle, on a enregistré le spectre de raies d’absorption de Rigel (dont certaines
raies ont été numérotées) et le spectre de raies d’émission de l’atome d’argon (voir doc. 3 en annexe).
Le spectre de l’argon, obtenu sur Terre, sert de référence: on connaît la longueur d’onde associée à chaque raie
colorée.
1. A quoi correspondent les raies sombres dans le spectre de l’étoile Rigel ?
2. Par quelle grandeur physique sont caractérisées les raies sombres ou colorées contenues dans les spectres
lumineux étudiés ? En quelle unité les exprime-t-on ?
3. Mesurer en mm, à la règle graduée, la distance qui sépare les raies de longueurs d’onde 420,0 nm et 696,5
nm du spectre de l’argon. En déduire l’échelle du document, c’est à dire le nombre de nm par mm.
4. Mesurer la distance li qui sépare chacune des 12 raies numérotées du spectre de Rigel de la raie 420,0 nm du
spectre de l’argon, qui sera prise pour origine. En déduire la variation de longueur d’onde Δλi par rapport à la
raie 420,0 nm. Finalement, déterminer les longueurs d’ondes de chacune des 12 raies numérotées du
spectre de Rigel en utilisant la formule :
λi = 420,0 + Δλi
Remplir les trois premières colonnes du tableau ci-dessous :
n° raie
li (mm)
Δλi (nm)
inm)
atome
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
5.
Identifier les atomes contenus dans l’atmosphère de Rigel à l’aide du tableau des raies spectrales (annexe),
et remplir la dernière colonne du tableau. Quels atomes semblent les plus abondants dans l’étoile ?
6. Certaines raies du spectre de Rigel ne sont pas numérotées. Parmi celles-ci se trouve la raie de longueur
d’onde 587,5 nm (une raie du spectre d’absorption de l’atome d’hélium). Retrouver sa position dans le
spectre de Rigel et conclure.