01_02_Etoiles_2008-2009

Cours d’astronomie
« De l’origine de l’univers à l’origine de la vie »
(Option libre Université)
Nicolas Fray
[email protected]
1-1
Les étoiles
 Généralités
Classification spectrale (les différents types d’étoiles)
Source d’énergie des étoiles
 Vie et Mort des étoiles
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Les étoiles
 Généralités
Classification spectrale (les différents types d’étoiles)
Source d’énergie des étoiles
 Vie et Mort des étoiles
1-3
Le Soleil : une étoile parmi tant d’autres…
Le Soleil est l’étoile que l’on
connaît le mieux…
 Rayon = 1 392 000 km = 109
RT
 Masse = 2 1030 kg = 3 105 MT
= 98 % de la masse
totale du système solaire
La partie extérieure visible du
Soleil se nomme photosphère et sa
température est de 6 000°C
 C’est une étoile ‘banale’
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Les étoiles proches
Etoiles les plus proches :
 Proxima du centaure : 4,22 a.l
 a & b du centaure : 4,40 a.l.
Autres étoiles proches :
 Sirius : 8,6 al
 Véga 25,3 al
 Bételgeuse : 600 al
Diamètre étoile :
 Soleil : 4 secondes lumière
(1 400 000 km)
 Jusqu’à 20 minutes lumière
(360 000 000 km)
a du centaure
Distance entre les étoiles >> Diamètre des étoiles
=> Aucune collision entre étoiles
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Les constellations
Déf : Une constellation est un ensemble d‘étoiles dont les projections sur la
voûte céleste sont proches.
● Dans l’espace à 3 dimensions, les différentes étoiles peuvent être très éloignées les
une des autres.
● Actuellement, l’ UAI (Union Astronomique Internationale) divise le ciel en 88
constellations officielles avec des frontières précises.
Un premier Exemple : La constellation de Orion
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Les constellations
Déf : Une constellation est un ensemble d‘étoiles dont les projections sur la
voûte céleste sont proches.
● Dans l’espace à 3 dimensions, les différentes étoiles peuvent être très éloignées les
une des autres.
● Actuellement, l’ UAI (Union Astronomique Internationale) divise le ciel en 88
constellations officielles avec des frontières précises.
Un second Exemple : La constellation de Orion
Gravure de Johannes Hevelius tirée de
‘Uranographia’, atlas céleste publié en 1690
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Bételgeuse
Distance = 427 a.l.
Rayon = 650 rayons solaires
Masse = 15 masses solaires
T = 3600 K
 Des distances différentes
 Des couleurs différentes
 Des tailles différentes
 Des masses différentes
Rigel
Distance 800 a.l.
Rayon = 80 rayons solaires
Masse = 20 masses solaires
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1-10
Les étoiles
 Généralités
Classification spectrale (les différents types d’étoiles)
Source d’énergie des étoiles
 Vie et Mort des étoiles
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La classification spectrale des étoiles
 Définition :
La spectroscopie est l’étude du spectre électromagnétique
La lumière, lorsqu'elle est « dispersée » par un prisme ou un
réseau de diffraction, révèle sa composition ou spectre.
Exemples :
1. Le prisme
2. L’arc en ciel
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Les spectres des différentes étoiles
O
Bleue
B
Bleue-Blanche
A
Blanche
F
Jaune-Blanche
G
Jaune (Soleil)
K
Jaune-Orange
M
Rouge
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Les spectres des différentes étoiles
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Les types spectraux des différentes étoiles
Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à une température
de surface caractéristique
Classe
Température
Couleur
Raies d'absorption
O
60 000 - 30 000 K
Bleue
N, C, He et O
B
30 000 - 10 000 K
Bleue-Blanche
He et H
A
10 000 - 7 500 K
Blanche
H
F
7 500 - 6 000 K
Jaune-Blanche
Métaux : Fe, Ti, Ca, et Mg
G
6 000 - 5 000 K
Jaune (Soleil)
Ca, He, H et métaux
K
5 000 - 3 500 K
Jaune-Orange
Métaux et oxyde de titane
M
3 500 - 2 000 K
Rouge
Métaux et oxyde de titane
 Moyen mnémotechnique :
Oh, Be A Fine Girl Kiss Me
1-15
Les types spectraux des différentes étoiles
Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à un rayon et une
luminosité caractéristiques
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Les types spectraux des différentes étoiles
Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à un rayon et une
luminosité caractéristiques
1-17
Les types spectraux des différentes étoiles
Les caractéristiques des étoiles dépendent de leur masse.
Si Masse , alors :
Température 
Rayon 
Luminosité 
temps de vie 
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Les étoiles
 Généralités
Classification spectrale (les différents types d’étoiles)
Source d’énergie des étoiles
 Vie et Mort des étoiles
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Quelle est la source d’énergie des étoiles ?
A la fin du XIXéme et au début du XXéme siècle, la source d’énergie des
étoiles n’était pas connue.
La combustion :
 La combustion de 1 kg de charbon permet de dégager une énergie de 3.5 107 J/kg.
 Un tas de charbon de 2.1030 kg (masse du soleil) peut fournir 7.1037 J.
 Le Soleil rayonne une énergie de 3.8.1026 J/s.
 ce qui correspond à une durée de vie de …………..6000 ans !!
 La combustion ne peut pas être la source d’énergie du Soleil
La contraction gravitationnelle :
 La gravitation permet l’augmentation de la température au cœur des étoiles.
 Température au cœur du Soleil = 14 millions de K
 Cette température permet de déclencher les réactions nucléaires.
1-20
Quelle est la source d’énergie des étoiles ?
Durant la séquence principale (période de stabilité),
l'étoile est en équilibre hydrostatique,
elle subit deux forces qui s'opposent et la maintiennent en équilibre :
• 1.) Réactions thermonucléaires  pression radiative  augmentation de
volume  diminution de la température
• 2.) Force de gravité  diminution du volume  augmentation de la
température
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Quelle est la source d’énergie des étoiles ?
Composition des étoiles:
90 % d’ hydrogène
9 % d’hélium
1 % d’éléments lourds
Réactions nucléaires de
fusion de l’hydrogène
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Quelle est la source d’énergie des étoiles ?
 Bilan de la réaction en chaîne :
411H42 He2e2e2
 Bilan massique de la réaction de fusion de l’hydrogène :
4.M (H) > M (He) + 2.M(e+) + 2.M(νe)
Les produits (He,…) de la réactions sont plus légers que les réactifs (H)
 Bilan énergétique de la réaction de fusion de l’hydrogène :
 Équivalence masse / énergie (Albert Einstein, 1905)
 E = m.c2
La perte de masse entraîne un dégagement d’énergie
1-23
Nucléosynthèse stellaire
 Évolution finale :
Lorsque le cœur de l‘étoile ne contient plus suffisamment
d‘hydrogène, elle devient géante rouge.
Le cœur de l’étoile se contracte et augmente de température,
tandis que l’enveloppe s’étend.
 Nouvelles réactions de fusion thermonucléaires
 Nucléosynthèse stellaire :
Synthèse du béryllium
Géante rouge
Synthèse du carbone
Synthèse de l’azote
 Synthèse des éléments jusqu’au fer par fusion successives des noyaux plus légers
 Synthèse des éléments jusqu’à l’uranium par capture de neutrons (Processus R,P et S)
Mis à part l’H et l’He,
tous les éléments sont synthétisé dans les étoiles
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Les étoiles
 Généralités
Classification spectrale (les différents types d’étoiles)
Source d’énergie des étoiles
 Vie et Mort des étoiles
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Naissance des étoiles
Naissance des étoiles =
Contraction d’un nuage interstellaire constitué de gaz et de poussières
Nuage interstellaire
Cœur protostellaire
(les étoiles sont déjà
« allumées » mais il reste
encore bcp de gaz aux
alentours
Amas d’étoiles
jeunes
(il reste peu de gaz aux
alentours des jeunes
étoiles)
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La mort des étoiles
Naine blanche
Etoile moyenne
Etoile géante
Super-novae
Etoile à neutrons
ou
trou noir
Etoile massive
Etoile supergéante
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Supernovae
 Exemple de la supernovae 1987A:
L’étoile qui a explosée était cataloguée.
Elle était située dans le grand nuage de Magellan
pendant
Visible à l’œil nu au printemps 1987
depuis l’hémisphère sud
avant
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Supernovae
 Exemple de la supernovae SN 1054:
Observée par les astronomes chinois.
Visible en plein jour !!!!
l’explosion de la
supernovae entraîne
l’expulsion des couches
externes de l’étoile
défunte
 La matière expulsée
continue de s’étendre à
une vitesse de 1000
km.s-1
 L’étoile à neutrons
(pulsar) résultante de
l’explosion à été
détectée en 1968
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Supernovae dans d’autres galaxies
SN 1998aq
 Permet de
mesurer la distance
des galaxies
SN 2001cm
SN 1998bu
1-30
1-31
1-32
1-33