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
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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]
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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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F = G m1 m2 / r2
m1 m2
r
LOI DE LA GRAVITATION UNIVERSELLEAttraction entre corps de masses m1 et m2
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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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Peut-on stopper un effondrement gravitationnel ?
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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
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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 quantitéCeux-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 électroniquesNeutrinos 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 réactionsdu cycle CNO est violente
Effet de « souffle »
Le rayon de l’étoile croit fortement
CONSTITUTION D’UNE GÉANTE ROUGE
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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.
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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 masseM> 8 fois la masse du soleil
faible masseM< 5 fois la masse du soleil
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Les grandes masses M>8Msoleil
Les super géantes rouges
Bételgeuse
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Bételgeuse vu par le télescope spatial HubbleSon 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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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 !
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L’explosion d’une supernovae est très lumineusenéanmoins 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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Fresque Indiens Anasazi 1054(Chaco Canyon, Nevada USA)
Texte chinois signalant l’apparition de la supernovae
11ème siècle
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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 assurépar la pression de dégénérescence
qui « s’oppose » à la gravité
1.4 Msoleil = masse de Chandrasekhar
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Sirius B
L’étoile (petite) est très lumineuse
NAINE BLANCHE
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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)
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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 XRosat
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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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Le noyau est alors continuellement en effondrement gravitationnel
CONSTITUTION D’UN TROU NOIR STELLAIRE
RIEN…
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La gravitation est prise comme déformation de l’espace
équivalenceEnergie 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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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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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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géante rouge
supernova
naine blanche
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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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)
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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 solairemS~ 2 103O kg
donne
la température équilibre
thermique et dynamique
Diagramme de « répartition » des étoilesDiagramme Hertzprung-Russell
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THEORIE D’ÉVOLUTION DES ÉTOILES
Chemin d’Hayashi
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