Une question que beaucoup de gens posent aux astronomes est la suivante : « Comment en savez-vous tant sur l’univers ? » Quand je parle des étoiles, des galaxies, de leurs tailles, de leurs températures, etc., On me demande souvent comment mesurez-vous tout cela. C’est la beauté de la physique. En physique, nous devons inventer de nouvelles façons de résoudre un problème et mieux comprendre le fonctionnement du cosmos. Dans cet article, je vais vous montrer comment les astrophysiciens mesurent la température d’étoiles situées à des milliards de kilomètres.
Les astrophysiciens utilisent plusieurs techniques indirectes de mesure de la température. Jetons un coup d’œil à certains d’entre eux un par un.
Loi de déplacement de Wien:
La loi de déplacement de Wien concerne le spectre de rayonnement d’un corps noir. Selon cela, la courbe de rayonnement du corps noir pour différentes températures culminera à différentes longueurs d’onde inversement proportionnelles à la température. En utilisant cette relation inverse entre la longueur d’onde et la température, les températures des étoiles peuvent être estimées.
Cependant, cela ne s’applique qu’aux étoiles dont les spectres sont proches de ceux d’un corps noir. De plus, les spectres calibrés en flux de l’étoile considérée devraient également être disponibles. Cependant, cette méthode ne donne pas de résultats précis car les étoiles ne sont pas des corps noirs parfaits.
La loi de Stefan:
Une autre loi qui peut être utilisée pour mesurer la température des étoiles est la loi de Stefan. Nous avons traité cette loi en détail dans la série Basics of Astrophysics. La loi de Stefan–Boltzmann décrit la puissance rayonnée d’un corps noir en termes de température. Selon cette loi, la puissance de chaleur rayonnante totale émise par une surface est proportionnelle à la quatrième puissance de sa température absolue. L = 4πR2σT4. Ici σ est la constante de Stefan-Boltzmann, L est la luminosité, R et T sont le rayon et la température de l’étoile considérée.
Lisez tous les articles de la série Basics of Astrophysics ici
Dans un premier temps, nous mesurons le flux total de lumière provenant de l’étoile. Ensuite, en combinant ces facteurs, les scientifiques estiment la luminosité. Et en utilisant des interféromètres, un rayon d’une étoile peut être trouvé. Finalement, la température est mesurée en branchant tous ces termes dans la formule de Stefan. Le facteur limitant ici est la difficulté de mesurer les rayons des étoiles les plus grandes ou les plus proches. Les mesures n’existent donc que pour quelques géantes et quelques dizaines d’étoiles de la séquence principale voisines. Cependant, ceux-ci agissent comme les calibrateurs fondamentaux contre lesquels les astrophysiciens comparent et calibrent d’autres techniques.
Connexes
- Comment classer plus d’un billion de milliards d’étoiles en seulement 7 groupes
- Un diagramme qui peut tracer toutes les étoiles de l’univers
- Le cycle de vie des étoiles
Par analyse spectrale d’une étoile:
Nous savons que les atomes / ions avoir différents niveaux d’énergie. Et, la population de ces niveaux dépend de la température. Les niveaux supérieurs sont occupés à des températures plus élevées et vice versa pour les niveaux inférieurs. Les transitions entre niveaux peuvent entraîner l’émission ou l’absorption de lumière à une longueur d’onde particulière en fonction de la différence d’énergie entre les niveaux concernés. Généralement, une étoile est plus chaude à l’intérieur et plus froide à l’extérieur. Les couches plus froides et sus-jacentes absorbent les radiations sortant du centre de l’étoile. Il en résulte des raies d’absorption dans le spectre que nous obtenons.
L’analyse spectrale consiste à mesurer les forces de ces raies d’absorption pour différents éléments chimiques et différentes longueurs d’onde. La résistance d’une raie d’absorption dépend principalement de la température de l’étoile et de la quantité d’un élément chimique particulier. Cependant, plusieurs autres paramètres comme la gravité, la turbulence, la structure atmosphérique, etc., peut également l’influencer. Cette méthode donne des mesures de température avec une précision aussi bonne que +/-50 Kelvins.
Relation Couleur–Température:
Une autre méthode pour mesurer la température des étoiles consiste à analyser leur couleur. Bien que toutes les étoiles apparaissent blanches, elles ont des couleurs différentes lorsqu’elles sont soigneusement vues. Les variations sont le résultat de leur température. Les étoiles froides apparaissent rouges et les étoiles chaudes sont bleues. Nous mesurons la couleur d’une étoile par un instrument appelé photomètre photoélectrique.
Cela implique de faire passer la lumière à travers différents filtres et de trouver la quantité qui traverse chaque filtre. Les mesures du photomètre sont converties en température à l’aide d’échelles standard. Cette méthode est bénéfique lorsqu’un bon spectre d’une étoile n’est pas disponible. Les résultats obtenus dans cette méthode sont précis jusqu’à +/-100-200 K. Cependant, cette méthode donne de mauvais résultats pour les étoiles plus froides.
Chacune des méthodes mentionnées ci-dessus a ses avantages et ses limites. Pourtant, les astrophysiciens du monde entier utilisent largement ces méthodes et finissent par donner des résultats satisfaisants.
Vous pourriez aussi aimer
- Comment devenir astrophysicien ?
- 10 des meilleurs livres d’astrophysique
- Top 10 des astrophysiciens de l’histoire
Rédactrice chez ‘Les Secrets de l’Univers’, j’ai terminé mon Master en Physique en Inde et je vais bientôt rejoindre l’Institut des Sciences Spatiales de Barcelone pour mes études doctorales sur les Exoplanètes. J’adore écrire sur une pléthore de sujets liés aux sciences planétaires, à l’astrophysique observationnelle, à la mécanique quantique et à la physique atomique, ainsi qu’aux progrès réalisés dans l’industrie spatiale.