LUNIVERS EN COULEUR Grard SCACCHI Acadmie Lorraine des

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)

Expérience de NEWTON : décomposition de la lumière blanche par un prisme = spectre solaire 3

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) 4

Spectre électromagnétique complet Toutes ces radiations sont de même nature pm nm μ m km pico mètre nano mètre micro mètre millimètre kilomètre grande énergie faible énergie 5

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

Le spectre d'un objet sa température Ex : température (de surface) du Soleil : T = 5800 K 2898 λ max= 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. . . ) 5000 6 000 visibles à l'oeil nu Paraissent pratiquement toutes blanches 8 (bâtonnets de la rétine)

La nuit étoilée (Van Gogh - 1889) La nuit étoilée 9

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

Pourquoi toutes couleurs ? 1 – Conditions de naissance de l'étoile Effondrement d'un nuage de gaz (H 2) 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) 11

Détail de la Nébuleuse de l'Aigle : « Les piliers de la création » = « pouponnière d'étoiles » Système solaire à cette échelle : . ( x 10. . . ) Naissance d'une étoile : contraction d'un nuage de gaz (H 2) et de poussières 7000 a. l. de la Terre (en « fausses couleurs » cf exposé de J. P. Haton) Taille des nuages : 5 a. l. Pour comparaison : dimensions du système solaire : 20 heures. l. 12

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 13

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 14

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 15

Géantes et super-géantes bleues MG > 8 MS T > 10 000 K émission bleue (et UV) Bételgeuse (épaule d'Orion) Rigel (pied d'Orion) 16 Constellation d'Orion

Rigel T = 11 000 K brille comme 40 000 Soleils 900 a. l. 17

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 18

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. 19

20

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) 21

Naine blanche Nébuleuse planétaire de l'Oeil de Chat 22

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 23

Trou noir (rayons X) Trou noir 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 24

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 26