05/02/10 AB_DV5_2009_2010.doc 2/3
II. Les quasars (11 points + Bonus : 1 point)
• Les quasars (contraction de quasi-stellar) sont les objets les plus lumineux de l’Univers. Leur
rayonnement est plusieurs centaines de fois plus intense que celui d’une galaxie comme notre Voie
Lactée.
• On dispose, sur la feuille réponse, de deux spectres.
A. Etude du spectre de référence (fig. 1)
• On a représenté une partie d’un spectre [389 nm ; 605 nm] d’une source de lumière, où les principales
raies sont repérées par la valeur de leur longueur d’onde, mais qui comprend également 1 raie notée H
β
qui appartient à l’élément chimique Hydrogène et dont on ne connaît pas la valeur de la longueur
d’onde.
• Sous ce spectre est tracé un axe horizontal qui indique pour chaque raie la valeur de la longueur d’onde
λ (quand elle est connue).
1) S’agit-il d’un spectre de raies ou un spectre continu ? S’agit-il d’un spectre d’émission ou d’absorption
? Bien justifier.
• A l’aide de ce spectre, on a construit une courbe étalon. On a donc :
Sur ce spectre, mesuré la distance L, en cm, entre la raie de longueur d’onde 389 nm et la raie de
longueur d’onde 434 nm.
Refait cette opération en établissant la distance des autres raies de longueur d’onde connue par
rapport à la raie de longueur d’onde 389 nm prise pour origine des longueurs.
• Les points déjà mesurés sont placés sur le graphe (fig.2) de la feuille réponse.
2) Sur le spectre (fig.1), mesurer la distance L, en cm, entre la raie de longueur d’onde 389 nm et la raie
de longueur d’onde 539 nm.
3) Placer sur la courbe de la feuille réponse (fig.2) donnant la longueur d’onde λ en fonction de L, le
point correspondant à la mesure de la question 2).
4) Terminer le graphe, en traçant la courbe donnant la longueur d’onde λ en fonction de L.
5) Commenter l’allure de la courbe tracée. Est-ce une droite affine ou une droite linéaire ?
• L’intérêt d’avoir tracé cette courbe est de pouvoir déterminer la valeur inconnue de la longueur d’onde
λ
β
caractéristique de la raie H
β
de l’élément chimique hydrogène présent dans le spectre de la figure 1.
6) En déduire, à l’aide de la courbe (fig.2) qui vient d’être tracée, la longueur d’onde de la raie H
β
de
l’hydrogène de la figure 1. On la notera λ
β Référence
.
B. Etude du spectre du quasar (fig. 3)
• On a représenté (fig.3) une partie du spectre du Quasar qui compte également la raie H
β
qui appartient
à l’élément chimique Hydrogène.
1) S’agit-il d’un spectre de raies ou d’un spectre continu ? S’agit-il d’un spectre d’émission ou
d’absorption ? Bien justifier.
• Cette même raie de l’élément hydrogène n’est visiblement pas placée à la même position dans ce
spectre (fig.3) que dans le spectre de référence (fig.1). On ne connaît donc pas la valeur de la longueur
d’onde de cette raie dans le spectre du quasar.
2) Toujours en s’aidant de la courbe étalon (fig.2), déterminer la longueur d’onde de la raie H
β
de
l’hydrogène dans le spectre du quasar. On la notera λ
β Quasar
.
• On suppose que les deux spectres ont été obtenus dans les mêmes conditions.
Le calcul de D = λ
β quasar
- λ
β Référence
λ
β Référence
est appelé décalage spectral.
3) Calculer le décalage spectral D pour la raie H
β
. Bien détailler le calcul. On donnera le résultat avec
deux chiffres significatifs. Pourquoi dit-on qu’il y a un décalage vers le rouge ?
• Le décalage spectral des raies est dû à la vitesse de fuite du quasar . La vitesse v de fuite est reliée à ce
décalage spectral par la relation : v = c × λ
β quasar
- λ
β Référence
λ
β Référence
où c est la vitesse de la lumière.
4) Bonus (1point) : Calculer la vitesse de fuite v en km.s
-1
du quasar. Bien détailler le calcul.