13- DISTANCE D`UN QUASAR v = H• d

Astronomie Laboratoire page 13-1
Le Jeu des Étoiles [email protected] par Jacky FILION
13- DISTANCE D'UN QUASAR
But: Déterminer la distance du QUASAR 3C 273, par évaluation du
décalage de son spectre hydrogène en comparaison avec un spectre de
référence de laboratoire.
Théorie: Selon la théorie de Hubble (voir chapitre 10), les galaxies et les
quasars s'éloignent de nous, et cela, d'autant plus vite que leur distance
est grande.
Or, la vitesse de récession des galaxies et QUASARS est calculée à partir
de la mesure du décalage Doppler observé sur leur spectre lumineux.
Par conséquent, en mesurant le décalage Doppler du spectre d'un QUASAR
puis, en introduisant la vitesse de récession déduite de ce décalage dans la
loi de Hubble, on peut évaluer la distance du QUASAR.
La loi de Hubble peut être formulée par la relation suivante;
v=H•d
ou d= distance de l'objet en mégaparsecs (Mpc),
v = vitesse de récession de l'objet en km/s,
H = constante de Hubble ( prendre 75 km/s/Mpc).
La vitesse de récession de l'objet est obtenue en évaluant le décalage
Doppler des raies de son spectre lumineux .
Le décalage Doppler (z) d'une raie spectrale est défini par;
z = ∆λ
λ = v
c
ou ∆λ représente la variation de longueur d'onde d'une raie,
λ la longueur d'onde de la raie de référence,
v la vitesse du QUASAR,
c la vitesse de la lumière (prendre 300 000 km/s).
Note: Si la vitesse du quasar est très grande (une fraction importante de
c), il faut alors utiliser la version relativiste du calcul de z ainsi;
Z = 1 + v
c
1 – v
c– 1

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3- Déroulement de l'expérience
À l'aide d'une règle millimétrique effectuez les mesures suivantes sur
les spectres de la page 13-3 incluse;
Note: Faites vos mesures avec une précision au demi millimètre.
a) mesurez la distance entre les raies extrêmes du spectre de référence, et
établissez l'échelle du spectre en Å/mm (angstroems par millimètre).
b) mesurez (en millimètres) le décalage de chaque raie Balmer du spectre
de 3C 273. Le décalage est-il le même pour chacune des raies ? Devrait-il
être le même ? Convertir ces décalages en longueurs d'onde.
N.B. Les longueurs d'onde de référence pour les raies Balmer de
l'hydrogène au repos sont ;
Hβ = 4861 Hγ = 4340 Hδ = 4101 Å (angstroems).
c) calculez, à l'aide de la relation de Doppler, la vitesse de récession
indiquée par le décalage de chacune des raies et, faites la moyenne des
vitesses calculées. Cette moyenne détermine la vitesse de récession du
QUASAR. Les plus habiles pourront calculez aussi les vitesses à l'aide de
la relation Doppler relativiste; si elles sont très différentes de celles
calculées par la relation normale ce sont les valeurs relativistes qu'il faut
conserver.
d) calculez, à l'aide de la loi de Hubble, la distance déduite par la vitesse
de récession du QUASAR 3C 273.
e) Répondez à la question de la page 13-4.

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13-DISTANCE D'UN QUASAR
VOTRE NOM:___________________________ Groupe:___________________
FEUILLE DE RÉSULTATS
1. Échelle du spectre de référence:_________________________
2. Décallages des raies:
RAIE décalage
mm décalage Åvitesse calculée (Km/s)
Hβ
Hγ
Hδ
vitesse moyenne
4. Distance selon Hubble (prendre H = 75).____________( )
Ηδ Ηγ Ηβ
3c 273
3889 Ηδ Ηγ Ηβ 5016 6050
spectre de référence

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Question
Certains chercheurs tentent d'expliquer la grande luminosité des quasars
en alléguant que ceux-ci ne sont pas aussi éloignés que leur décalage
spectral le laisse croire. Cette hypothèse remet-elle en question la loi de
Hubble ? Ou alors, se peut-il que le décalage des quasars ne soit pas
entièrement cosmologique ? Discuter ces hypothèses.
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BON CIEL ET BONNES VACANCES

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ANNEXES