i- structuration de l’univers ii- astrochimie iii- formation gravitationnelle iv- etoiles
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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 [email protected]. I- Structuration de l’Univers II- Astrochimie - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Licence de Physique – Université des Sciences Montpellier II
PLANÈTES ET EXOBIOLOGIEmodule Culture générale
cours IV EtoilesPr. Denis Puy
Groupe de Recherche d’Astronomie et d’Astrophysique du [email protected]
• I- Structuration de l’Univers
• II- Astrochimie
• III- Formation gravitationnelle
• IV- Etoiles
• V- Planètes
• VI- Exoplanètes
• VII- Exobiologie
Qu’est ce qu’une étoile ?
Comment se forme une étoile ?
Il existe des « poussières » dans l’Univers (Exemple la nébuleuse à Tête de Cheval dans le milieu interstellaire local)
Grains interstellaires
F = G m1 m2 / r2
m1 m2
r
LOI DE LA GRAVITATION UNIVERSELLEAttraction entre corps de masses m1 et m2
Les Inhomogénéités dans une structure en effondrement vont Produire un axe de rotation
Aplatissement de la structure
Formation de disque ou PROPLYDES (disque protoplanétaire)
DISQUE D’ACCRETION
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
Peut-on stopper un effondrement gravitationnel ?
FORCES DE « PRESSION » POUVANT « S’OPPOSER » AUX FORCES GRAVITATIONNELLES
1- FORCE DE COHESION SOLIDE ET MOLECULAIREROCHES
2- FORCE ATOMIQUE ET ELECTROMAGNETIQUEPARTICULES CHARGÉES
3- FORCE NUCLEAIRESFUSION DE NOYAUX, RAYONNEMENT
4- FORCES ELEMENTAIRESFORCES FONDAMENTALES AU CONFINEMENT
L’opposition forces de pression et gravitation va dépendre de la masse en effondrement
L’opposition principale à la gravitation sera, dans les étoiles, les réactions nucléaires
Réaction de fusion: hydrogène + hydrogène → hélium
Système de réactions couplées (système d’équations couplées)
Chaîne p-p : 1ere phase de l’étoile
Durée: environ plusieurs milliards d’années
Peut-on « vérifier » la théorie ?
Une étoile émet des neutrinos en très grande quantitéCeux-ci viennent DIRECTEMENT du cœur de l’étoile
LE NEUTRINO INTERAGIT TRES PEU AVEC LA MATIÈRE
SECTION EFFICACE NEUTRINOS = 10-28 m2
Superkamiokande (Japon)
Superkamiokande (Japon)
IL EXISTE TROIS TYPES DE NEUTRINOS DANS LA NATURE
ON MESURE SEULEMENT LES NEUTRINOS ELECTRONIQUES
neutrinos électroniquesNeutrinos muoniques
neutrinos tauiques
Problème: Les neutrinos peuvent se « changer » entre eux !
La détection des neutrinos solaires confirme les théories stellaires
Lorsque la chaîne p-p est finie ?
Que se passe t-il ?
Cycle CNO
L’arrêt des réactions de chaîne pp
Les effets de pression diminuent
La gravité contracte le cœur
Le début des premières réactionsdu cycle CNO est violente
Effet de « souffle »
Le rayon de l’étoile croit fortement
CONSTITUTION D’UNE GÉANTE ROUGE
1- le Soleil se contracte sur lui-même et sa température augmentera. La Luminosité du Soleil augmente.
Evolution du soleil en géante rouge
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 alorscalciné.
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 masseM> 8 fois la masse du soleil
faible masseM< 5 fois la masse du soleil
Les grandes masses M>8Msoleil
Les super géantes rouges
Bételgeuse
Bételgeuse vu par le télescope spatial HubbleSon diamètre est égal à l’orbite de Jupiter autour du soleil
Taille comparée de Bételgeuse et du Soleil (rapport ~ 1:650)
EFFONDREMENT DU CŒUR DE FEREJECTION DE L’ENVELOPPE (séquence en chaîne)EVOLUTION EXPLOSIVECONSTITUTION D’UNE « SUPERNOVA »
peu à peu Les réactions de fusion
stoppent
Les noyaux de Fer ne peuvent pas
fusionner !
L’explosion d’une supernovae est très lumineusenéanmoins évènement rare, environ 3 par siècle dans notre galaxie
Evolution de la luminosité
d’une supernova
Nébuleuse du crabe, reste d’une supernova explosée le 4 Juillet 1054
Fresque Indiens Anasazi 1054(Chaco Canyon, Nevada USA)
Texte chinois signalant l’apparition de la supernovae
11ème siècle
Nébuleuse de l’hélice
Nébuleuse de l’esquimau
CAT EYE (NGC 6543)
Nébuleuse de la Fourmi
Supernovae « galactiques »
Supernovae de 1997
Le noyau central de la supernovae s’effondre
Les forces « fondamentales » agissent pour s’opposer à la gravitation
si Mnoyau,SN< 1.4 Msoleil
Constitution d’une naine blanche
L’équilibre dynamique est assurépar la pression de dégénérescence
qui « s’oppose » à la gravité
1.4 Msoleil = masse de Chandrasekhar
Sirius B
L’étoile (petite) est très lumineuse
NAINE BLANCHE
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 NOIREPas encore apparue car l’Univers est trop « jeune »
ATTENTION A NE PAS CONFONDRE AVEC LES NAINES BRUNESQUI SONT DES ETOILES RATÉES (plus proches de planètes)
si 1.4 Msoleil < Mnoyau< 3.2 Msoleil
Constitution d’une étoile à neutrons
pulsar
pulsar
Image XRosat
Tailles comparées soleil, étoile à neutrons et naine blanche
Etoiles étranges
Et si Mnoyau,SN > 3.2 Msoleil
Quelle physique « s’opposant » à la gravitation ?
3.2 Msoleil = masse de Oppenheimer-Volkoff
Le noyau est alors continuellement en effondrement gravitationnel
CONSTITUTION D’UN TROU NOIR STELLAIRE
RIEN…
La gravitation est prise comme déformation de l’espace
équivalenceEnergie Espace
« TOUT » DEVIENT GÉOMÉTRIQUE
PROBLÈME
Comment détecter un astre qui n’émet aucune lumière ?
« apparence » théorique d’un trou noir
Simulations numériques
Trou noir en rotation(trou noir de Kerr)
engendre un fort champ magnétique
possibilité de jet de particules
chargées
Jet dans la galaxie M87
Systèmes Binaires X
Systèmes Binaires X
Systèmes Binaires X
Systèmes Binaires X
Dans la constellation du Cygne
Une forte source X a été observée
BON CANDIDAT TROU NOIR STELLAIRE
Masse et rayon d’un trou noir stellaire
Les faibles masses M<5Msoleil
Les géantes rouges
géante rouge
supernova
naine blanche
Évolution « Classique »
GÉANTE ROUGE
SUPERNOVA
NAINE BLANCHE
L’explosion classique de Type II est plus étalé dans le temps
ETUDE SPECTROSCOPIQUE DES ÉTOILES
La lumière excite les atomes du gaz circumstellaire
production d’un spectre d’émission caractéristique des atomes
Hydrogène(raies d’émission)
H
Hélium(raies d’émission)
Mercure(raies d’émission)
Azote(raies d’émission)
Spectre du soleil(raies d’absorption des atomes)
ON CLASSIFIE LES ETOILES SUIVANT LEURS RAIES CARACTERISTIQUES
CLASSE SPECTRALE DES ÉTOILES
L’unité de masse pour les étoiles
est la masse solairemS~ 2 103O kg
donne
la température équilibre
thermique et dynamique
Diagramme de « répartition » des étoilesDiagramme Hertzprung-Russell
THEORIE D’ÉVOLUTION DES ÉTOILES
Chemin d’Hayashi