Phm - Observatoire de Lyon – janvier 2014. La lumière des astres2.

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La lumière des astres 2

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La lumière des astres 3

Courbes du corps noir de 100K à 15000K

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La lumière des astres 4

Températures

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La lumière des astres 5

Atmosphères stellaires

obse

rvat

eur

lum

ière

sor

tant

de

l'éto

ile

phot

osph

ère

de l'

étoi

le

lumière sortantde l'étoile

vers l’observateur

photosphèrede l'étoile

4500 K6000 K

observateur

L’étoile rayonne dans toutes les directions et l’observateur voit…

Les photons peuvent s’échapper

Rayonnement du corps noir émis et réabsorbé

La lumière sort de l’étoile

Phostosphère

La température décroît.

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La lumière des astres 6

obse

rvat

eur

lum

ière

sor

tant

de

l'éto

ile

phot

osph

ère

de l'

étoi

le

lumière sortantde l'étoile

vers l’observateur

photosphèrede l'étoile

4500 K6000 K

observateur

Atmosphères stellaires

►Mais dans la photosphère il y a des particules absorbantes…

Uniquement les photons sortant dans sa direction

Sous forme d’un corps noir à la température de la photosphère

Spectre continu

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La lumière des astres 7

obse

rvat

eur

lum

ière

sor

tant

de

l'éto

ile

phot

osph

ère

de l'

étoi

le

lumière sortantde l'étoile

vers l’observateur

photosphèrede l'étoile

4500 K6000 K

observateur

Atmosphères stellaires

Des photons sont absorbés et réémis dans toutes les directions

Ils sont perdus pour l’observateur.

Comme ils correspondent aux longueurs d’onde caractéristiques des éléments absorbants, ils se créent des raies sombres dans le spectre.

Spectre de raies

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La lumière des astres 8

Atmosphère solaire - Assombrissement centre bord

La température décroît de l’intérieur vers l’extérieur.

Test pour modèle d’atmosphère solaire.

C’est

Le rayonnement de bord sera moins intense.

La lumière venant du bord est émise par des couches en moyenne moins chaudes qu’au centre.

Le rayonnement de corps noir à est plus faible que celui à

Dans la photosphère

T0Text.

T0 > Tinter > Text.

vers l'observateur

Rayonnement bord

Rayonnement centre

vers l'observateur

l’assombrissement centre-bord.

T0

Text.

photosphère

(Stefan)

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La lumière des astres 9

Spectres des atomes ions et molécules

• Le passage d'un état à un autre peut entraîner soit l'émission soit l'absorption de rayonnement.Les raies caractéristiques d'un élément sont fonction des niveaux d'énergie propres à cet élément.

Les atomes peuvent être neutres, ionisés ou associés en molécules.L’état de l’atome est caractérisé par des niveaux d'énergie dont la probabilité ou durée d'existence est propre à l'élément et à son environnement.

• Ionisation : perte de un ou plusieurs électrons des couches périphériques

• Nomenclature (astronomique) des atomes et des ionsAtomes neutres :Atomes une fois ionisé :etc

• Durée de vie - probabilités de transitionsRaies interdites

[O III], [S II],...

H I, He I, Ca I, Fe I H II, Fe IIO III, Fe IV, Fe XVI,...

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La lumière des astres 10

Intensité des raies

L’intensité d’une raie est principalement fonction :

- du nombre d’atomes ou d’ions dans l’état de départ de la transition (absorption ou émission)

- de la probabilité de transition de la raie (mécanique quantique de l’atome ou de l’ion)

Le peuplement des niveaux est fonctions de :

- la température

- la pression (chocs)

- du rayonnement

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La lumière des astres 11

Eléments visibles et température

La de raies spectrales est fonction de la température qui affecte :

6000

G0

Température (K)

Si IIISi IV

O5 B0

HeII

Inten

si té

HeI

Si II

F0A0

MgII

50000

H

10000

CaI

K0 M0

FeII FeI

M7

CaII

4000

TiO

3000

- les des niveaux d’excitation- les d’un même élément dans ses différents états d’ionisation

présence ou l'absence

populationsproportions

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Potentiels d’ionisation

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Classification des étoiles

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La lumière des astres 14

Classification spectrale de Harvard

• Repères historiques :

– 1814 et les raies sombres solaire, raies A, B, C, etc.– 1860 identifie les raies stellaires (éléments chimiques terrestres)– 1880 à Harvard classification de 391000 étoiles dans le Henry Draper Catalogue.

Classification spectrale : similitudes et intensités de groupements de raies. Etoiles groupées en classes : A, B, C, ...

Progrès de la physique : bouleversement de la classification basée sur la température de surface.

Il ne reste plus que les types spectraux :

Classification actuelle avec sous classes A0 à A9, B0 à B9... A0 plus près de B9 que de A9...

O, B, A, F, G, K, M

FraunhoferSecchiPickering

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La lumière des astres 16

Caractéristiques des étoiles de la classification de Harvard

ClassTemp.

SurfaceCouleur Couleur Masse Rayon Luminosité Raies

  ( kelvins )conventio

nnelleapparente

(masses solaires)

(rayons solaires)

(bolom.) Hydrogène

O>=

33,000bleu bleu >=16 >=6.6 >= 30,000 Faibles

B10,000 -33,000

bleu à blanc bleu

blanc bleu 2.1 - 16 1.8 - 6.6 25 - 30,000 Moyennes

A7,500 -10,000

blancheblanc à

bleu blanche

1.4 - 2.1 1.4 - 1.8 5 - 25 Fortes

F6,000 -7,500

jaunâtre blanche

blanche 1.04 - 1.4 1.15 - 1.4 1.5 - 5 Moyennes

G5,200 -6,000

jaunejaunâtre blanche

0.8 - 1.040.96 -1.15

0.6 - 1.5 Faibles

K3,700 -5,200

orangejaune

orange0.45 - 0.8 0.7 - 0.96 0.08 - 0.6 Très faibles

M<=

3,700rouge

orange rouge

<= 0.45 <= 0.7 <= 0.08 Très faibles

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La lumière des astres 17

Spectres d'étoiles

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La lumière des astres 18

Spectres de Véga (A0V) et d’Arcturus (K2III)

Effet de la température

Spectres d'étoiles

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La lumière des astres 19

Directement lié à la luminosité des étoiles

Classification de Yerkes

Critère : largeur des raies fortes plus ou moins élargies par effet de pression.

Type Nom Densitéatmosphère

Ia Les étoiles supergéantes les plus lumineusestrès diluée

à

plus dense

Ib Les supergéantes les moins lumineuses

II Géantes lumineuses

III Géantes normales

IV Sous-géantes

V Etoiles de la séquence principale (naines) plus dense

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La lumière des astres 20

Effet de la pression

HD 223385 A2I

Aurigae A0pIII

2 Geminorum A2V

Raie H

Spectres d'étoiles

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La lumière des astres 21

Etoiles et Stellarium

Lancer

Pointer : Betelgeuse

Informations :

Nom et numéro catalogueMagnitude visuelleIndice de couleur (B-V)Magnitude absolueType spectralDistance Parallaxe

Extinction : affaiblissement en magnitude du à l’atmosphère

Stellarium

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La lumière des astres 22

Etoiles et Stellarium

Pointer : Rigel

Informations :

Nom et numéro catalogueMagnitude visuelleIndice de couleur (B-V)Magnitude absolueType spectralDistance Parallaxe

► ►►

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La lumière des astres 23

FIN