Université Lille 1 Licence Sciences de la Vie, de la Terre et de l’Environnement UE “Sciences de l'Univers” Introduction à l'astronomie et à l'astrophysique Les étoiles 1ère Partie 1/26 Plan du cours I. Introduction II. Magnitude III. Classification des étoiles IV. Evolution stellaire 2/26 I. Introduction importance des étoiles rôle essentiel dans la synthèse des éléments lourds, i.e. > H, He nucléosynthèse stellaire matière « visible » de l’Univers ( densité de l’univers) reconstitution de la vie des étoiles à partir des populations observées 3/26 I. Introduction évolution stellaire buts: expliquer naissance (proto-étoiles) vie (source d’énergie) mort (naine blanche, supernova, étoile à neutrons, trou noir) moyens: observations (classification stellaire) physique (thermodynamique, mécanique, physique nucléaire, physique quantique, relativité) 4/26 I. Introduction observations spectroscopie composition température etc.. photométrie luminosité variations astrométrie distance mouvement masses d’étoiles doubles etc.. 5/26 II. Magnitude mesure: flux reçu, éclairement, éclat E ( W.m-2 ) problème: énorme dynamique ex: facteur 1012 entre éclat Vénus et galaxies les + lointaines solution: utilisation d’une échelle logarithmique Antiquité: classement des étoiles de 1ère, 2ème, …, 5ème grandeur par ordre logarithmique d’éclat explication : la sensibilité de l’œil à la lumière est logarithmique 6/26 II. Magnitude définition de la magnitude: m = - 2.5 log10 (E) + b complètement arbitraire! 2.5: assure que ∆m = 5 quand E varie d’un facteur 100 signe - : assure que m augmente quand E diminue b: ajusté de manière à ce que m(Véga)= 0 donc: m = - 2.5 log10 ( E / EVéga ) 7/26 II. Magnitude échelle des magnitudes et échelle des flux magnitude = échelle logarithme du flux différence de 5 magnitudes rapport de 100 en flux la sensibilité de l'œil à la lumière est logarithmique échelle des magnitudes = transcription mathématique de la perception de l'œil 8/26 II. Magnitude m = - 2.5 log10 ( E / Evéga ) m’ = - 2.5 log10 ( E’ / Evéga ) soustraction membre à membre: m’ – m = - 2.5 log10 ( E’ / E ) qu’on peut inverser: E’ / E = 10 -0.4(m’- m) 9/26 II. Magnitude quelques chiffres étoiles les + brillantes: m ~ 0 étoiles les + faibles visibles à l’œil nu: m ~ 6 galaxies les + faibles observables au télescope: m ~ 30 Vénus: m ~ - 4 pleine Lune: m ~ - 12 Soleil: m ~ - 27 10/26 II. Magnitude en fait, E est mesuré dans des bandes spectrales bien définies: f dE = fd alors: 0 m = - 2.5 log10 ( f / f0 ) où on choisit arbitrairement f0 de manière que m (Véga) = 0 11/26 II. Magnitude système de magnitude bande (couleur) visible infra rouge (m) (m) U B V R 0.36 0.44 0.55 0.70 I J K 0.90 1.25 2.2 0.068 0.098 0.089 0.22 f0 (W m-2 m-1) 4.35 10-8 7.20 10-8 3.92 10-8 1.76 10-8 8.3 10-9 3.4 10-9 3.9 10-9 … 12/26 II. Magnitude magnitude apparente et magnitude absolue problème: éclat mesuré sur Terre dépendant de la distance d de l’astre définition: luminosité L = puissance ( W ) rayonnée par un astre dans tout l’espace et dans tout le spectre 13/26 14/27 II. Magnitude d E=L/ 2 4d 15/26 II. Magnitude E m ( d ) 2 .5 log E0 10 E' m ( d' ) 2 .5 log E0 10 d E d' E' 2 d' m ( d' ) m ( d ) 5 log 10 d 16/26 II. Magnitude magnitude apparente: magnitude m observée à la distance réelle de l’astre magnitude absolue: magnitude M qu’on observerait si l’astre était à 10 parsecs M m 5 log 10 10 d pc M = - 2.5 log10 ( L ) + cste 17/26 III. Classification des étoiles but: classer les étoiles avec le moins de paramètres possibles possible! Avec: température de surface (ou couleur) luminosité (ou taille) 18/26 III. Classification des étoiles type spectral = échelle de température, lié au spectre de l’étoile spectre de l’étoile = spectre de corps noir 2 lois importantes : loi de Wien, loi de Stefan 19/26 III. Classification des étoiles I loi de Wien étoiles rouges: froides étoiles bleues: chaudes max max ( m ) ~ 3000 T (K ) 20/26 Bételgeuse Rigel 21/26 III. Classification des étoiles Type spectral couleur Température (K) O très bleue >~28000 B bleue 10000-28000 A bleue-blanche 7000-10000 F blanche 6000-7000 G jaune 5000-6000 K rougeâtre 3500-5000 M rouge foncé <~3500 sous-types spectraux: graduation plus fine en température Ex: G 4900 à 6000 K Soleil: 5770 K type G2 22/26 III. Classification des étoiles classe de luminosité = l’autre paramètre qui définit une étoile critère: luminosité (ou taille) classe de luminosité appellation I supergéantes II géantes brillantes III géantes IV sous-géantes V naines (séquence principale) VI sous-naines VII naines blanches 23/26 III. Classification des étoiles diagramme Hertzsprung-Russel (HR) 24/26 III. Classification des étoiles log10(L) loi de Stefan : puissance par unité de surface = s T4 ( W.m-2 ) R=cste donc : luminosité (puissance totale) L = 4 R2 . s T4 ( W ) pente 4 log10(T) log10(L) = 4. log10(T) + 2. log10(R) + cste 25/26 III. Classification des étoiles diagramme Hertzsprung -Russel (HR) 26/26