TS1 DS n°1 lundi 30 septembre 2002

TS2 Physique-Chimie DM n°1 pour le vendredi 4 novembre 2016
Un DM est une occasion importante pour prendre le temps de rédiger…
Exercice 1 : Cataclysme vers le centre de la galaxie
L’explosion d’une étoile dans notre galaxie, survenue il y a environ 1100 ans, a pu être étudiée en 2008 en
analysant les rayonnements émis par l’étoile et qui continuent de nous parvenir. Les restes de cette supernova
ont été baptisés « G0.9+0.1 » et constituent à l’heure actuelle un objet d’étude pour les astrophysiciens.
Lire les documents 1 à 5 pour répondre aux questions
1. Le document 1 désigne différents rayonnements émis lors de l’explosion d’une étoile. Classer ces
rayonnements en deux catégories : les rayonnements de particules et les rayonnements
électromagnétiques. Parmi ces deux types de rayonnements, le(s)quel(s) satisfait(font) la définition
des ondes ?
2. Chaque type de rayonnement peut permettre d’étudier un aspect différent de l’objet observé. Si l’on
souhaite connaître la région la plus chaude de la supernova, quel cliché faut-il observer ? Justifier à
l’aide d’informations extraites des documents. Exploiter le cliché choisi afin de déterminer quelle est
la région la plus chaude dans les restes de la supernova G0.9+0.1
3. Le premier cliché du document 2 a été obtenu grâce au télescope spatial XMM-Newton. Exploiter les
documents afin de justifier la nécessité d’utiliser des télescopes spatiaux et non terrestres pour faire ce
type de clichés.
DOCUMENT 2
Différents clichés du reste de la supernova G0.9+0.1
cliché en rayons X cliché en ondes radio
source : http://irfu.cea.fr/
DOCUMENT 3 : à propos du rayonnement thermique
Rappel de 1ère S : tout objet émet un rayonnement
électromagnétique dont le spectre dépend de sa
température :
DOCUMENT 1
Il y a 1100 ans, au centre de la Voie Lactée (notre galaxie),
l’explosion d’une étoile, aussi appelée supernova, a été la
source de multiples rayonnements : des rayons , des rayons
X, des ondes radio, etc., mais aussi des électrons qui ont été
éjectés à des vitesses proches de celle de la lumière et heurtent
aujourd’hui les molécules de l’atmosphère terrestre. C’est
l’étude des différents rayonnements émis lors de la supernova
qui a permis à l’équipe d’Anne Decourchelle d’en obtenir une
cartographie précise qui a fait la une de la revue Astronomy
and Astrophysics de septembre 2008
DOCUMENT 4 : le télescope XMM-Newton
Le télescope XMM-Newton est un observatoire en rayons X
à haute résolution. Il a été lancé depuis la base de Kourou,
en Guyane le 10 décembre 1999 par Ariane 5 et est en orbite
autour de la Terre au-dessus de son atmosphère.
DOCUMENT 5 : transmission des rayonnements
électromagnétiques par l’atmosphère terrestre

Exercice 2 - Synthèse de documents
À l’aide des documents suivants et en utilisant vos connaissances, rédiger, en 30 à 40 lignes maximum, une
synthèse argumentée répondant à la problématique suivante :
Comment l'effet Doppler permet de mettre en évidence la présence d'une exoplanète autour d'une étoile
?
Pour cela :
 vous présenterez l'effet Doppler ;
 vous indiquerez pourquoi les exoplanètes ont été découvertes tardivement,
 vous exposerez rapidement, à l’aide de schéma, les techniques de détection possibles,
 vous préciserez pour quelle technique l’effet Doppler est utilisé en expliquant le principe de cette
mesure.
Document 1 : les exoplanètes
Qu'est-ce qu'une exoplanète ?
En dehors de notre système solaire, il existe d'autres planètes qui tournent autour d’une étoile : les exoplanètes. La
première d’entre elles a été découverte il y a seulement quinze ans.
La course à la découverte
Jusqu’en 1995, nous ne connaissions que les neuf planètes (huit depuis 2006, date à laquelle Pluton est sortie de cette
classification) de notre système solaire.
Mais cette année-là, bingo, une équipe suisse découvre "Pégase 51". Elle tourne autour de son étoile, comme la Terre
autour du Soleil. Sauf qu’elle se trouve très loin de chez nous : à quelque 42 années-lumière, soit 42 fois 10 000 milliards
de kilomètres, de notre soleil ! C’est une exoplanète, autrement dit, une planète hors de notre système solaire. Depuis
cette première découverte, le perfectionnement des instruments a permis d’en détecter plus de 350. Grandes ou petites,
de masses plus ou moins importantes, il existe désormais tout un catalogue d’exoplanètes.
Les différentes méthodes de détection
Généralement, on détecte les exoplanètes indirectement, en observant leur étoile. Deux solutions dans ce cas :
- La méthode des vitesses radiales :
Du fait des forces de gravitation, une planète agit sur son étoile en la faisant tourner autour d’un point appelé centre de
gravité du système étoile-planète. Plus la planète est massive et proche, plus la vitesse de l’étoile est grande. En
mesurant cette vitesse de l'étoile, on peut déduire l’orbite et la masse de la planète.
- La méthode des transits : une solution qui permet de mesurer la variation de luminosité de l’étoile.
Si une planète passe devant l’étoile, elle produit une petite éclipse, la lumière de l’étoile faiblit, trahissant ainsi la présence
d’une planète. La méthode des transits est la seule qui donne les diamètres exacts des objets détectés.
Extrait du site Internet : http://www.cnes-jeunes.fr
Document 2 : l’effet Doppler
L'effet Doppler s'applique également aux ondes lumineuses émises par un objet en mouvement. Si l'objet se rapproche
de nous, les raies de son spectre sont légèrement décalées vers le violet. S'il s'éloigne, les raies sont alors décalées
vers le rouge. C'est grâce à ce principe que l'on peut mesurer le mouvement relatif d'une étoile par rapport à l'observateur.
Dans le cas des étoiles de type solaire, les variations de vitesse radiale ne sont que de quelques dizaines de cm/s, très
difficiles à détecter. Les observations en spectroscopie sont limitées à quelques étoiles très brillantes en rotation très
lente. La vitesse radiale est la projection du vecteur vitesse de l'étoile sur la "ligne de visée" qui joint l'étoile à l'observateur.
Document 3 : vitesse relative et spectre
Ces images sont extraites d'une animation disponible sur www.prof-vince.fr
L'exoplanète et l'étoile tournent dans le sens des aiguilles d'une montre autour du centre de gravité G du système {étoile-
exoplanète}. La représentation graphique donne l'évolution de la vitesse de l'étoile par rapport à l'observateur (v<0 si
l'étoile se rapproche). Le spectre est représenté tel que perçu sur une échelle fixe de longueurs d'onde dans le vide (bleu
à gauche, rouge à droite).
Documents 2 et 3 extraits du site de l'Observatoire de Paris :http://media4.obspm.fr
G