L'UNIVERS EN COULEUR Gérard SCACCHI Académie Lorraine des Sciences ( 30/03/2017 )

1 - LA LUMIÈRE ET LES COULEURS Nature duale de la lumière : onde et particules (photons) Ex. d'onde mécanique Notions de longueur d'onde λ et de fréquence f (ou ν) Deux grandeurs inversement proportionnelles : plus λ est grande, plus f est petite Lumière = onde électromagnétique (pas de support matériel)

décomposition de la lumière blanche par un prisme = spectre solaire Expérience de NEWTON : décomposition de la lumière blanche par un prisme = spectre solaire

Spectre solaire : 7 couleurs de l'arc-en-ciel (lumière visible) violet, indigo, bleu, vert, jaune, orangé, rouge longueurs 0,4 μ m 0,7 μ m d'onde (400 nm) (700 nm)

Spectre électromagnétique complet Toutes ces radiations sont de même nature pm nm μ m mm m km pico mètre nano mètre micro mètre millimètre mètre kilomètre grande énergie faible énergie

2 - LA RELATION COULEUR - TEMPÉRATURE Température d'un corps couleur (Autres causes : cf exposé d'André Clément) Rayonnement du «corps noir » (courbes théoriques) ne dépend que de T λ T en K = T °C + 273 λ max quand T courbes isothermes 2898 λ max = T ( μ m ) ( K )

Le spectre d'un objet sa température Ex : température (de surface) du Soleil Soleil : T = 5800 K λ max= 2898 5800 K 5800 = 0,5 μm (vis.)

3 – UN CIEL ÉTOILÉ MULTICOLORE Toutes les étoiles font partie de grandes structures = galaxies « Notre » galaxie : la Voie lactée Disque de 100 000 a.l. de diamètre (1 a.l. = 10 000 Mds km) 200 Mds d'étoiles (2 000 Mds de galaxies...) 6 000 visibles à l'oeil nu Paraissent pratiquement toutes blanches (bâtonnets de la rétine) 5000

La nuit étoilée (Van Gogh - 1889)

En réalité : étoiles colorées noms des différents types d'étoiles Température de surface (K) 3 500 6000 10 000 – 50 000 nainenoire naine rouge naine jaune naine blanche naine brune géante et super-géante bleues géante et super-géante rouges trou noir

Pourquoi toutes ces couleurs ? 1 – Conditions de naissance de l'étoile Effondrement d'un nuage de gaz (H2) interstellaire augmentation de la T selon la masse MG de gaz T différentes couleurs différentes 2 – Evolution des étoiles durant leur vie : passage par des tailles et des T différentes (≡ métamorphoses des insectes)

(en « fausses couleurs » cf exposé de J.P. Haton) Détail de la Nébuleuse de l'Aigle : « Les piliers de la création » = « pouponnière d'étoiles » Naissance d'une étoile : contraction d'un nuage de gaz (H2) et de poussières 7000 a.l. de la Terre (en « fausses couleurs » cf exposé de J.P. Haton) Taille des nuages : 5 a.l. Système solaire à cette échelle : . ( x 10 ...) Pour comparaison : dimensions du système solaire : 20 heures.l.

Naines brunes MG < 0,08 MS (MS solaire) Compression insuffisante : pas de démarrage de la réaction thermonucléaire H ⇒ He Etoile « avortée », intermédiaire entre une grosse planète et une « vraie » étoile T < 2000 K faible rayonnement IR Jupiter naine brune Soleil

Naines rouges 0,08 MS < MG < 0,3 MS Allumage de la réaction thermonucléaire H ⇒ He Donc vraie étoile T < 3500 K émission dans le rouge Ex : Proxima du Centaure = étoile la plus proche du Soleil à 4,3 a.l. ( 43 000 Mds km) = 270 000 fois + loin que le Soleil

Naines jaunes 0,3 MS < MG < 8 MS 5 000 K < T < 6 000 K Ex : Soleil Sphère gazeuse (H et He) diamètre : 1 400 000 km T de surface : 5800 K T du coeur : 15 millions de K Transformation de l'hydrogène en hélium = réaction thermonucléaire énergie Isabelle SLA

Géantes et super-géantes bleues MG > 8 MS T > 10 000 K émission bleue (et UV) Bételgeuse (épaule d'Orion) Rigel (pied d'Orion) Constellation d'Orion

Rigel T = 11 000 K brille comme 40 000 Soleils 900 a.l.

Evolution des étoiles Ex : sort des étoiles de type Soleil (naines jaunes) Disparition de la vie sur Terre englobera les orbites de Mercure, de Vénus et de la Terre

Géantes et super-géantes rouges T ≃ 3 500 K Bételgeuse (constellation d'Orion) en IR T = 3 600 K brille comme 100 000 Soleils 500 a.l.

Naines blanches (cadavres stellaires) 8 000 K < T< 40 000 K (lumière blanche et UV) Naine blanche Nébuleuse planétaire (M 57 Lyre) naine noire (diamant)

Naine blanche Nébuleuse planétaire de l'Oeil de Chat

Supernova 1987 A (24 février 1987) dans le GNM Les 2 extrêmes : l'un des phénomènes les plus lumineux de l'Univers : la Supernova l'objet le plus « sombre » : le trou noir Géante bleue après avant Supernova 1987 A (24 février 1987) dans le GNM

Trou noir Gravité telle que même la lumière Trou noir (rayons X) Gravité telle que même la lumière ne peut s'en échapper objet invisible s'il est isolé «Visible » s'il fait partie d'un système binaire avec une étoile ordinaire Transfert du gaz de l'étoile disque d'accrétion autour du trou noir Température du gaz : plusieurs millions de degrés rayons X

Au centre de la Voie lactée : trou noir super-massif de 4 millions de masses solaires . Vitesse du Soleil : 220 km / s révolution en 226 millions d'années (800 000 km / h + Terre autour du Soleil : 100 000 km / h ...)

MERCI DE VOTRE ATTENTION