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Phm - Observatoire de Lyon – janvier 2014
La lumière des astres 2
La lumière des astres 3
Courbes du corps noir de 100K à 15000K
►
La lumière des astres 4
Températures
►
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.
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
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
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)
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,...
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
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
►
Potentiels d’ionisation
Classification des étoiles
►
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
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
La lumière des astres 17
Spectres d'étoiles
►
La lumière des astres 18
Spectres de Véga (A0V) et d’Arcturus (K2III)
Effet de la température
Spectres d'étoiles
►
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
La lumière des astres 20
Effet de la pression
HD 223385 A2I
Aurigae A0pIII
2 Geminorum A2V
Raie H
Spectres d'étoiles
►
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
La lumière des astres 22
Etoiles et Stellarium
►
Pointer : Rigel
Informations :
Nom et numéro catalogueMagnitude visuelleIndice de couleur (B-V)Magnitude absolueType spectralDistance Parallaxe
►
► ►►
►►
La lumière des astres 23
FIN