Distances au-delà du système solaire

CEA Explorer et comprendre l’Univers

4 avril 2024

Comment fait-on pour déterminer la taille des astres et les distances entre la Terre et les astres?






Judy Schmidt CC BY 2.0

Rappels

Dans le système solaire, on peut utiliser les méthodes suivantes pour déterminer des distances :

  • Radar
  • Méthode par parallaxe

Radar

Méthode de la parallaxe
Astronomy Education at the University of Nebraska-Lincoln Web Site (http://astro.unl.edu)

Parallaxe

Méthode de la parallaxe

Voir plus loin!

  • Parallaxe annuelle
  • Luminosité-intensité-distance (parallaxe spectroscopique)
  • Céphéides

Parallaxe annuelle





ESA/Hubble & NASA, J. Greene

Parallaxe annuelle

  • Distance des étoiles proches
  • On mesure le changement de position apparente d’une étoile à 6 mois d’intervalle

Parallaxe annuelle

Parallaxe annuelle
(WikiStefan CC BY 3.0)

Friedrich Bessel (1838)

  • 61 du Cygne : (1 / 10 000)°
  • 11,2 al
Portrait de Friedrich Bessel par le peintre danois Christian Albrecht Jensen. Bessel est le premier astronome à avoir mesuré la distance d'une étoile avec la méthode de la parallaxe annuelle.

Hipparcos

  • Lancé par l’agence spatiale européenne en 1989
  • Mesure la parallaxe d’étoiles jusqu’à 1000 al
  • (1 / 10 000 000)°
Hipparcos
(Michael Perryman CC BY-SA 3.0)

GAIA

  • Lancé par l’agence spatiale européenne en 2013
  • Mesure la parallaxe d’étoiles jusqu’à 30 000 al
  • (1 / 1 000 000 000)°
Hipparcos
ESA/ATG medialab

Parallaxe spectroscopique





ESA/Hubble & NASA, J. Greene

Deux sources lumineuses identiques placées à des distances différentes paraîtront différentes

Intensité, luminosité, distance

  • Intensité lumineuse : énergie par unité de temps par unité de surface
  • Dépend de la luminosité de la source et de sa distance

\[I = \frac{L}{4\pi d^2}\]

Intensité, luminosité, distance

Intensité inversement proportionnelle au carré de la distance
(Borb CC BY-SA 3.0)

Intensité, luminosité, distance

On observe une ampoule de 100 W. Un capteur permet de déterminer que l’intensité de la lumière qui provient de l’ampoule est de 0,08 W/m2. À quelle distance est l’ampoule?

\[d = \sqrt{\frac{L}{4\pi I}} = 10\,\mathrm{m}\]

Terminologie

Intensité : reliée à la magnitude apparente

Luminosité : reliée à la magnitude absolue

La galaxie M87 a une magnitude absolue d’environ -22. On voit donc cette galaxie briller très clairement dans le ciel nocturne.

  1. Vrai
  2. Faux

Deneb a une magnitude apparente d’environ 1.25. Le Soleil a une magnitude apparente d’environ -26. Sélectionnez les énoncés vrais.

  1. Si on les mettait côte-à-côte, Deneb paraîtrait moins brillante que le Soleil.
  2. Deneb paraît moins brillante que le Soleil dans le ciel.
  3. Sachant que Deneb est à 1400 années-lumière, il est raisonnable de croire qu’elle est en fait plus brillante que le Soleil.
  4. Le Soleil parait beaucoup plus brillant que Deneb parce qu’il est beaucoup plus proche.

Méthode des étoiles jumelles

On veut mesurer la distance de l’étoile A

  1. On mesure l’intensité de l’étoile A
  2. On trouve une étoile «jumelle» B dont on connait la distance et donc la luminosité
  3. En supposant que l’étoile A a la même luminosité que B, on calcule la distance de A

Méthode des étoiles jumelles, exemple

  • Étoile Smurf est jumelle de Spectl
  • Spectl est à une distance de 100 al
  • Smurf parait 16 fois moins intense que Spectl
  • Smurf est donc 4 fois plus loin que Spectl
  • Smurf est à 400 al

Les étoiles Malm et Vikhammer sont jumelles. On sait que Vikhammer est à une distance de 1000 années-lumière. Malm parait 25 fois plus brillante que Vikhammer dans le ciel. À quelle distance se trouve Malm?

  1. 40 al
  2. 200 al
  3. 1000 al
  4. 5000 al
  5. 25 000 al

Trysil et Nesna sont des étoiles jumelles. Trysil a une magnitude apparente de 4. On sait qu’elle est au moins deux fois plus loin que Mesna. Laquelle des valeurs suivantes est une magnitude apparente possible pour Mesna?

  1. -20
  2. 3
  3. 6
  4. 16
  5. 25

Comment connaît-on la luminosité d’une étoile?

Spectroscopie

Dispersion de la lumière par un réseau de diffraction

On disperse la lumière d’une étoile pour obtenir son spectre

OBAFGKMLT

Oh Be A Fine Girl/Guy Kiss Me Like This

Spectres stellaires enregistrés sur plaque photographique

Type spectral

Renseigne sur la température et la composition chimique

Deux étoiles avec le même spectre et la même taille ont la même luminosité

Annie Jump Cannon

Type spectral

Spectres stellaires

Astronomy Education at the University of Nebraska-Lincoln Web Site (http://astro.unl.edu)

Céphéides





ESA/Hubble & NASA, J. Greene

Analyse des céphéides

  • Céphéides : étoiles géantes rouges pulsantes
  • Période des pulsations : 1 à 100 jours

Photos de céphéides dans M15

Animation d'une céphéide
Merikanto (CC BY-SA 4.0)

Analyse des céphéides

Relation période-luminosité des céphéides
NASA/JPL-Caltech/Carnegie

Analyse des céphéides

  • Lien entre la période de pulsation et la luminosité
  • Permet de mesurer des distances jusqu’à des millions d’années-lumière

L’étoile céphéide Bob a une période de 3 jours et elle est distante de 100 000 al. L’étoile céphéide Alice a une période de 12 jours et elle parait aussi brillante dans le ciel. À quelle distance est-elle située?

  1. 25 000 al
  2. 50 000 al
  3. 100 000 al
  4. 200 000 al
  5. 400 000 al











(Hubble Legacy Archive, NASA, ESA - Traitement: Stephen Byrne)

Encore plus haut, encore plus loin!

  • Galaxies spirales de type ScI : 2,5 milliards de fois plus lumineuses que le Soleil
  • Supernovæ de type Ia : 10 milliards de fois plus lumineuses que le Soleil
    • Jusqu’à des Gal