L'UNIVERS EN COULEUR Gérard SCACCHI Académie Lorraine des Sciences ( 30/03/2017 ) 1 - LA LUMIÈRE ET LES COULEURS Nature duale de la lumière : onde et particules (photons) Ex. d'onde mécanique Notions de longueur d'onde λ et de fréquence f (ou ν) Deux grandeurs inversement proportionnelles : plus λ est grande, plus f est petite Lumière = onde électromagnétique (pas de support matériel) Expérience de NEWTON : décomposition de la lumière blanche par un prisme = spectre solaire 3 Spectre solaire : 7 couleurs de l'arc-en-ciel (lumière visible) violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge longueurs d'onde 0,4 μ m (400 nm) 0,7 μ m (700 nm) 4 Spectre électromagnétique complet Toutes ces radiations sont de même nature pm nm pico mètre nano mètre grande énergie μm mm micro mètre millimètre m mètre km kilomètre faible énergie 5 2 - LA RELATION COULEUR - TEMPÉRATURE Température d'un corps couleur (Autres causes : cf exposé d'André Clément) Rayonnement du «corps noir » (courbes théoriques) λ T en K = T °C + 273 ne dépend que de T λ max courbes isothermes quand T λ max = (μm) 2898 T (K) Le spectre d'un objet sa température Ex : température (de surface) du Soleil Soleil : T = 5800 K 5800 K 2898 λ max= 5800 = 0,5 μm (vis.) 3 – UN CIEL ÉTOILÉ MULTICOLORE Toutes les étoiles font partie de grandes structures = galaxies « Notre » galaxie : la Voie lactée Disque de 100 000 a.l. de diamètre (1 a.l. = 10 000 Mds km) 200 Mds d'étoiles (2 000 Mds de galaxies...) 5000 6 000 visibles à l'oeil nu Paraissent pratiquement toutes blanches 8 (bâtonnets de la rétine) La nuit étoilée LaLa nuit nuitétoilée étoilée (Van Gogh - 1889) 9 En réalité : étoiles colorées noms des différents types d'étoiles Température de surface (K) 3 500 naine noire naine rouge 6000 naine jaune naine brune 10 000 – 50 000 naine blanche géante et super-géante bleues géante et super-géante rouges trou noir 10 Pourquoi toutes ces couleurs ? 1 – Conditions de naissance de l'étoile Effondrement d'un nuage de gaz (H2) interstellaire augmentation de la T selon la masse MG de gaz T différentes couleurs différentes 2 – Evolution des étoiles durant leur vie : passage par des tailles et des T différentes (≡ métamorphoses des insectes) 11 Détail de la Nébuleuse de l'Aigle : « Les piliers de la création » = « pouponnière d'étoiles » Naissance d'une étoile : Système solaire à cette échelle : contraction d'un nuage de gaz (H2) et de poussières . ( x 10 ...) 7000 a.l. de la Terre (en « fausses couleurs » cf exposé de J.P. Haton) Taille des nuages : 5 a.l. Pour comparaison : dimensions du système solaire : 20 heures.l. 12 Naines brunes MG < 0,08 MS (MS solaire) Compression insuffisante : pas de démarrage de la réaction thermonucléaire H ⇒ He Etoile « avortée », intermédiaire entre une grosse planète et une « vraie » étoile T < 2000 K faible rayonnement IR Jupiter naine brune Soleil 13 Naines rouges 0,08 MS < MG < 0,3 MS Allumage de la réaction thermonucléaire H ⇒ He Donc vraie étoile T < 3500 K émission dans le rouge Ex : Proxima du Centaure = étoile la plus proche du Soleil à 4,3 a.l. ( 43 000 Mds km) = 270 000 fois + loin que le Soleil 14 Naines jaunes 0,3 MS < MG < 8 MS 5 000 K < T < 6 000 K Ex : Soleil Sphère gazeuse (H et He) diamètre : 1 400 000 km T de surface : 5800 K T du coeur : 15 millions de K Transformation de l'hydrogène en hélium = réaction thermonucléaire énergie Isabelle SLA 15 Géantes et super-géantes bleues MG > 8 MS T > 10 000 K émission bleue (et UV) Bételgeuse (épaule d'Orion) Rigel (pied d'Orion) 16 Constellation d'Orion Rigel T = 11 000 K brille comme 40 000 Soleils 900 a.l. 17 Evolution des étoiles Ex : sort des étoiles de type Soleil (naines jaunes) Disparition de la vie sur Terre englobera les orbites de Mercure, de Vénus et de la Terre 18 Géantes et super-géantes rouges T ≃ 3 500 K Bételgeuse (constellation d'Orion) en IR T = 3 600 K brille comme 100 000 Soleils 500 a.l. 19 20 Naines blanches (cadavres stellaires) 8 000 K < T< 40 000 K (lumière blanche et UV) Naine blanche Nébuleuse planétaire (M 57 Lyre) naine noire (diamant) 21 Naine blanche Nébuleuse planétaire de l'Oeil de Chat 22 Les 2 extrêmes : l'un des phénomènes les plus lumineux de l'Univers : la Supernova l'objet le plus « sombre » : le trou noir Géante bleue après avant Supernova 1987 A (24 février 1987) dans le GNM 23 Trou noir (rayons X) Trou noir Gravité telle que même la lumière ne peut s'en échapper objet invisible s'il est isolé «Visible » s'il fait partie d'un système binaire avec une étoile ordinaire Transfert du gaz de l'étoile disque d'accrétion autour du trou noir Température du gaz : plusieurs millions de degrés rayons X 24 Au centre de la Voie lactée : trou noir super-massif de 4 millions de masses solaires . Vitesse du Soleil : 220 km / s révolution en 226 millions d'années (800 000 km / h + Terre autour du Soleil : 100 000 km / h ...) MERCI DE VOTRE ATTENTION 26