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Publié parAimé Gillot Modifié depuis plus de 9 années
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Licence de Physique – Université des Sciences Montpellier II PLANÈTES ET EXOBIOLOGIE module Culture générale cours IV Etoiles Pr. Denis Puy Groupe de Recherche d’Astronomie et d’Astrophysique du Languedoc
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I- Structuration de l’Univers
II- Astrochimie III- Formation gravitationnelle IV- Etoiles V- Planètes VI- Exoplanètes VII- Exobiologie
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Qu’est ce qu’une étoile ?
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Comment se forme une étoile ?
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Il existe des « poussières » dans l’Univers
(Exemple la nébuleuse à Tête de Cheval dans le milieu interstellaire local)
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Grains interstellaires
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m1 m2 F = G m1 m2 / r2 LOI DE LA GRAVITATION UNIVERSELLE
Attraction entre corps de masses m1 et m2 F = G m1 m2 / r2 m m2 r
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Les Inhomogénéités dans une structure en effondrement vont
Produire un axe de rotation Aplatissement de la structure Formation de disque ou PROPLYDES (disque protoplanétaire)
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DISQUE D’ACCRETION
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il existe des grains de poussières et des molécules dans l’Univers
Influence sur l’évolution thermique de l’effondrement gravitationnel Les molécules bon agent thermodynamique FRAGMENTATION DE LA STUCTURE EN EFFONDREMENT
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un effondrement gravitationnel ?
Peut-on stopper un effondrement gravitationnel ?
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L’opposition forces de pression et gravitation
POUVANT « S’OPPOSER » AUX FORCES GRAVITATIONNELLES 1- FORCE DE COHESION SOLIDE ET MOLECULAIRE ROCHES 2- FORCE ATOMIQUE ET ELECTROMAGNETIQUE PARTICULES CHARGÉES 3- FORCE NUCLEAIRES FUSION DE NOYAUX, RAYONNEMENT 4- FORCES ELEMENTAIRES FORCES FONDAMENTALES AU CONFINEMENT L’opposition forces de pression et gravitation va dépendre de la masse en effondrement
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L’opposition principale à la gravitation sera, dans les étoiles, les réactions nucléaires
Réaction de fusion: hydrogène + hydrogène → hélium
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Système de réactions couplées (système d’équations couplées)
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Chaîne p-p : 1ere phase de l’étoile
Durée: environ plusieurs milliards d’années
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Peut-on « vérifier » la théorie ?
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Une étoile émet des neutrinos en très grande quantité
Ceux-ci viennent DIRECTEMENT du cœur de l’étoile LE NEUTRINO INTERAGIT TRES PEU AVEC LA MATIÈRE
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SECTION EFFICACE NEUTRINOS = 10-28 m2
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Superkamiokande (Japon)
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Superkamiokande (Japon)
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IL EXISTE TROIS TYPES DE NEUTRINOS DANS LA NATURE
ON MESURE SEULEMENT LES NEUTRINOS ELECTRONIQUES neutrinos électroniques Neutrinos muoniques neutrinos tauiques Problème: Les neutrinos peuvent se « changer » entre eux !
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La détection des neutrinos solaires confirme les théories stellaires
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Lorsque la chaîne p-p est finie ?
Que se passe t-il ?
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Cycle CNO
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L’arrêt des réactions de chaîne pp Les effets de pression diminuent
La gravité contracte le cœur Le début des premières réactions du cycle CNO est violente Effet de « souffle » Le rayon de l’étoile croit fortement CONSTITUTION D’UNE GÉANTE ROUGE
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Evolution du soleil en géante rouge
1- le Soleil se contracte sur lui-même et sa température augmentera. La Luminosité du Soleil augmente. 2- La surface du Soleil gonflera à tel point que sa température en surface devrait s’abaisser. La lumière qui s’échappera du Soleil prendra une teinte rougeâtre. 3- Le Soleil aura englouti les planètes Mercure et Venus et approchera de l’orbite de la planète Terre. 4- A la surface de la Terre, les océans se vaporiseront sous l’effet de l’intense chaleur, et ce qui restera des continents sera alors calciné.
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Et la suite, lorsque le cycle CNO est fini ? ou
comment finit une géante rouge ? Tout va dépendre de la masse de l’étoile grande masse M> 8 fois la masse du soleil faible masse M< 5 fois la masse du soleil
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Les super géantes rouges
Les grandes masses M>8Msoleil Les super géantes rouges Bételgeuse
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Bételgeuse vu par le télescope spatial Hubble
Son diamètre est égal à l’orbite de Jupiter autour du soleil
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Taille comparée de Bételgeuse et du Soleil (rapport ~ 1:650)
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Les réactions de fusion
peu à peu Les réactions de fusion stoppent Les noyaux de Fer ne peuvent pas fusionner ! EFFONDREMENT DU CŒUR DE FER EJECTION DE L’ENVELOPPE (séquence en chaîne) EVOLUTION EXPLOSIVE CONSTITUTION D’UNE « SUPERNOVA »
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Evolution de la luminosité
L’explosion d’une supernovae est très lumineuse néanmoins évènement rare, environ 3 par siècle dans notre galaxie Evolution de la luminosité d’une supernova
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Nébuleuse du crabe, reste d’une supernova explosée le 4 Juillet 1054
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signalant l’apparition de la supernovae 11ème siècle
Texte chinois signalant l’apparition de la supernovae 11ème siècle Fresque Indiens Anasazi 1054 (Chaco Canyon, Nevada USA)
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Nébuleuse de l’hélice
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Nébuleuse de l’esquimau
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CAT EYE (NGC 6543)
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Nébuleuse de la Fourmi
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Supernovae « galactiques »
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Supernovae de 1997
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Le noyau central de la supernovae s’effondre
Les forces « fondamentales » agissent pour s’opposer à la gravitation
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si Mnoyau,SN< 1.4 Msoleil Constitution d’une naine blanche
L’équilibre dynamique est assuré par la pression de dégénérescence qui « s’oppose » à la gravité 1.4 Msoleil = masse de Chandrasekhar
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L’étoile (petite) est très lumineuse
Sirius B L’étoile (petite) est très lumineuse NAINE BLANCHE
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La naine blanche va peu à peu refroidir.
Peu à peu le cœur de la naine blanche se « consume » par d’ultimes réactions La naine blanche va peu à peu refroidir. Résidu dense de noyau de carbone CONSTITUTION D’UNE NAINE NOIRE Pas encore apparue car l’Univers est trop « jeune » ATTENTION A NE PAS CONFONDRE AVEC LES NAINES BRUNES QUI SONT DES ETOILES RATÉES (plus proches de planètes)
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si 1.4 Msoleil < Mnoyau< 3.2 Msoleil
Constitution d’une étoile à neutrons
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pulsar
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pulsar
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Image X Rosat
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Tailles comparées soleil, étoile à neutrons et naine blanche
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Etoiles étranges
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Et si Mnoyau,SN > 3.2 Msoleil
Quelle physique « s’opposant » à la gravitation ? 3.2 Msoleil = masse de Oppenheimer-Volkoff
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RIEN… Le noyau est alors continuellement en effondrement gravitationnel CONSTITUTION D’UN TROU NOIR STELLAIRE
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équivalence Energie Espace La gravitation est prise comme
déformation de l’espace équivalence Energie Espace « TOUT » DEVIENT GÉOMÉTRIQUE
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PROBLÈME Comment détecter un astre qui n’émet aucune lumière ?
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« apparence » théorique d’un trou noir
Simulations numériques
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engendre un fort champ magnétique
Trou noir en rotation (trou noir de Kerr) engendre un fort champ magnétique possibilité de jet de particules chargées Jet dans la galaxie M87
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Systèmes Binaires X
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Systèmes Binaires X
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Systèmes Binaires X
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Systèmes Binaires X
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BON CANDIDAT TROU NOIR STELLAIRE
Dans la constellation du Cygne Une forte source X a été observée BON CANDIDAT TROU NOIR STELLAIRE
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Masse et rayon d’un trou noir stellaire
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Les faibles masses M<5Msoleil Les géantes rouges
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Évolution « Classique »
naine blanche géante rouge supernova Évolution « Classique » GÉANTE ROUGE SUPERNOVA NAINE BLANCHE
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L’explosion classique de Type II est plus étalé dans le temps
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ETUDE SPECTROSCOPIQUE DES ÉTOILES
La lumière excite les atomes du gaz circumstellaire production d’un spectre d’émission caractéristique des atomes
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(raies d’absorption des atomes)
Ha Hydrogène (raies d’émission) Hélium (raies d’émission) Mercure (raies d’émission) Azote (raies d’émission) Spectre du soleil (raies d’absorption des atomes)
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ON CLASSIFIE LES ETOILES SUIVANT LEURS RAIES CARACTERISTIQUES
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CLASSE SPECTRALE DES ÉTOILES
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L’unité de masse pour les étoiles est la masse solaire mS~ 2 103O kg
Diagramme de « répartition » des étoiles Diagramme Hertzprung-Russell L’unité de masse pour les étoiles est la masse solaire mS~ 2 103O kg donne la température équilibre thermique et dynamique
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THEORIE D’ÉVOLUTION DES ÉTOILES Chemin d’Hayashi
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