1-1 Cours d’astronomie « De l’origine de l’univers à l’origine de la vie » (Option libre Université) Nicolas Fray

Présentation au sujet: "1-1 Cours d’astronomie « De l’origine de l’univers à l’origine de la vie » (Option libre Université) Nicolas Fray"— Transcription de la présentation:

1 1-1 Cours d’astronomie « De l’origine de l’univers à l’origine de la vie » (Option libre Université) Nicolas Fray fray@lisa.univ-paris12.fr

2 1-2 Les étoiles Généralités Classification spectrale (les différents types d’étoiles) Source d’énergie des étoiles Vie et Mort des étoiles

3 1-3 Les étoiles Généralités Classification spectrale (les différents types d’étoiles) Source d’énergie des étoiles Vie et Mort des étoiles

4 1-4 Le Soleil est l’étoile que l’on connaît le mieux…  Rayon = 1 392 000 km = 109 R T  Masse = 2 10 30 kg = 3 10 5 M T = 98 % de la masse totale du système solaire  La partie extérieure visible du Soleil se nomme photosphère et sa température est de 6 000°C  C’est une étoile ‘banale’ Le Soleil : une étoile parmi tant d’autres…

5 1-5 Etoiles les plus proches :  Proxima du centaure : 4,22 a.l   du centaure : 4,40 a.l. Diamètre étoile :  Soleil : 4 secondes lumière (1 400 000 km)  Jusqu’à 20 minutes lumière (360 000 000 km) Distance entre les étoiles >> Diamètre des étoiles => Aucune collision entre étoiles  du centaure Les étoiles proches Autres étoiles proches :  Sirius : 8,6 al  Véga 25,3 al  Bételgeuse : 600 al

6 1-6 Déf : Une constellation est un ensemble d‘étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont proches. ● Dans l’espace à 3 dimensions, les différentes étoiles peuvent être très éloignées les une des autres. ● Actuellement, l’ UAI (Union Astronomique Internationale) divise le ciel en 88 constellations officielles avec des frontières précises. Les constellations Un premier Exemple : La constellation de Orion

7 1-7

8 1-8 Déf : Une constellation est un ensemble d‘étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont proches. ● Dans l’espace à 3 dimensions, les différentes étoiles peuvent être très éloignées les une des autres. ● Actuellement, l’ UAI (Union Astronomique Internationale) divise le ciel en 88 constellations officielles avec des frontières précises. Les constellations Un second Exemple : La constellation de Orion Gravure de Johannes Hevelius tirée de ‘Uranographia’, atlas céleste publié en 1690

9 1-9  Des distances différentes  Des couleurs différentes  Des tailles différentes  Des masses différentes Rigel Distance 800 a.l. Rayon = 80 rayons solaires Masse = 20 masses solaires Bételgeuse Distance = 427 a.l. Rayon = 650 rayons solaires Masse = 15 masses solaires T = 3600 K

10 1-10

11 1-11 Les étoiles Généralités Classification spectrale (les différents types d’étoiles) Source d’énergie des étoiles Vie et Mort des étoiles

12 1-12 La classification spectrale des étoiles  Définition : La spectroscopie est l’étude du spectre électromagnétique La lumière, lorsqu'elle est « dispersée » par un prisme ou un réseau de diffraction, révèle sa composition ou spectre.  Exemples : 1. Le prisme 2. L’arc en ciel

13 1-13 Les spectres des différentes étoiles OBleue BBleue-Blanche ABlanche FJaune-Blanche GJaune (Soleil) KJaune-Orange MRouge

14 1-14 Les spectres des différentes étoiles

15 1-15 Classe TempératureCouleurRaies d'absorption O60 000 - 30 000 K BleueN, C, He et O B30 000 - 10 000 K Bleue-Blanche He et H A10 000 - 7 500 KBlancheH F7 500 - 6 000 KJaune-BlancheMétaux : Fe, Ti, Ca, et Mg G6 000 - 5 000 K Jaune (Soleil)Ca, He, H et métaux K5 000 - 3 500 KJaune-OrangeMétaux et oxyde de titane M3 500 - 2 000 K RougeMétaux et oxyde de titane Les types spectraux des différentes étoiles  Moyen mnémotechnique :Oh, Be A Fine Girl Kiss Me Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à une température de surface caractéristique

16 1-16 Les types spectraux des différentes étoiles Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à un rayon et une luminosité caractéristiques

17 1-17 Les types spectraux des différentes étoiles Chaque type spectral (chaque couleur) correspondent à un rayon et une luminosité caractéristiques

18 1-18 Les types spectraux des différentes étoiles Les caractéristiques des étoiles dépendent de leur masse. Si Masse , alors : Température  Rayon  Luminosité  temps de vie 

19 1-19 Les étoiles Généralités Classification spectrale (les différents types d’étoiles) Source d’énergie des étoiles Vie et Mort des étoiles

20 1-20 Quelle est la source d’énergie des étoiles ? A la fin du XIX éme et au début du XX éme siècle, la source d’énergie des étoiles n’était pas connue. La combustion :  La combustion de 1 kg de charbon permet de dégager une énergie de 3.5 10 7 J/kg.  Un tas de charbon de 2.10 30 kg (masse du soleil) peut fournir 7.10 37 J.  Le Soleil rayonne une énergie de 3.8.10 26 J/s.  ce qui correspond à une durée de vie de …………..6000 ans !!  La combustion ne peut pas être la source d’énergie du Soleil La contraction gravitationnelle :  La gravitation permet l’augmentation de la température au cœur des étoiles.  Température au cœur du Soleil = 14 millions de K  Cette température permet de déclencher les réactions nucléaires.

21 1-21 Durant la séquence principale (période de stabilité), l'étoile est en équilibre hydrostatique, elle subit deux forces qui s'opposent et la maintiennent en équilibre : 1.) Réactions thermonucléaires  pression radiative  augmentation de volume  diminution de la température 2.) Force de gravité  diminution du volume  augmentation de la température Quelle est la source d’énergie des étoiles ?

22 1-22 Composition des étoiles:90 % d’ hydrogène 9 % d’hélium 1 % d’éléments lourds Quelle est la source d’énergie des étoiles ? Réactions nucléaires de fusion de l’hydrogène

23 1-23  Bilan de la réaction en chaîne : Quelle est la source d’énergie des étoiles ?  Bilan massique de la réaction de fusion de l’hydrogène : 4.M (H) > M (He) + 2.M(e + ) + 2.M(ν e ) Les produits (He,…) de la réactions sont plus légers que les réactifs (H)  Bilan énergétique de la réaction de fusion de l’hydrogène :  Équivalence masse / énergie (Albert Einstein, 1905)  E = m.c 2  La perte de masse entraîne un dégagement d’énergie

24 1-24  Évolution finale : Lorsque le cœur de l‘étoile ne contient plus suffisamment d‘hydrogène, elle devient géante rouge. Le cœur de l’étoile se contracte et augmente de température, tandis que l’enveloppe s’étend.  Nouvelles réactions de fusion thermonucléaires  Synthèse des éléments jusqu’au fer par fusion successives des noyaux plus légers  Synthèse des éléments jusqu’à l’uranium par capture de neutrons (Processus R,P et S) Géante rouge Mis à part l’H et l’He, tous les éléments sont synthétisé dans les étoiles Nucléosynthèse stellaire Synthèse du béryllium Synthèse du carbone Synthèse de l’azote  Nucléosynthèse stellaire :

25 1-25 Les étoiles Généralités Classification spectrale (les différents types d’étoiles) Source d’énergie des étoiles Vie et Mort des étoiles

26 1-26 Naissance des étoiles Naissance des étoiles = Contraction d’un nuage interstellaire constitué de gaz et de poussières Nuage interstellaire Cœur proto- stellaire (les étoiles sont déjà « allumées » mais il reste encore bcp de gaz aux alentours Amas d’étoiles jeunes (il reste peu de gaz aux alentours des jeunes étoiles)

27 1-27 Etoile moyenne Etoile massive Etoile géante Etoile supergéante Naine blanche Etoile à neutrons ou trou noir La mort des étoiles Super-novae

28 1-28 avant pendant Supernovae  Exemple de la supernovae 1987A: L’étoile qui a explosée était cataloguée. Elle était située dans le grand nuage de Magellan Visible à l’œil nu au printemps 1987 depuis l’hémisphère sud

29 1-29 Supernovae  Exemple de la supernovae SN 1054: Observée par les astronomes chinois. Visible en plein jour !!!!  l’explosion de la supernovae entraîne l’expulsion des couches externes de l’étoile défunte  La matière expulsée continue de s’étendre à une vitesse de 1000 km.s -1  L’étoile à neutrons (pulsar) résultante de l’explosion à été détectée en 1968

30 1-30 SN 1998bu SN 2001cmSN 1998aq Supernovae dans d’autres galaxies  Permet de mesurer la distance des galaxies

31 1-31

32 1-32

33 1-33