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Comment qu'c'est-y qu'on mesure la distance des étoiles ?

Dans la famille des questions que personne se pose et des réponses beaucoup trop longues : comment les astronomes ont fait au final pour savoir que tel point lumineux est à 50 années-lumière de la Terre et tel autre à 60 millions ?

Pour ça, plusieurs techniques en fonction des échelles :
La parallaxe
Derrière ce nom se cache une méthode que tout le monde connaît. Si vous regardez un objet un minimum loin et si vos yeux lançaient des lasers, ces lasers seraient quasiment parallèles. Plus l'objet se rapproche et plus vous louchez, les lasers se croisant formant alors un angle de plus en plus obtus. En connaissant cet angle et la distance entre vos yeux, il est possible de calculer la distance entre vos yeux et l'objet.
C'est exactement la même chose en astronomie : observez un objet le matin, observez-le 12h plus tard. Avec cet angle et en connaissant le rayon de la Terre, vous pouvez calculer la distance de l'objet. On parle de parallaxe diurne, sauf que c'est pas suffisant pour mesurer la distance des étoiles.
Quel est le moyen de faire mieux avec la même méthode ? Faites la même chose mais en attendant six mois : c'est la parallaxe annuelle. Au lieu de vous servir du rayon de la Terre, vous aurez la distance Terre-Soleil. Cette méthode permet de faire des mesures pour des étoiles à quelques centaines d'années-lumière (ce qui fait aujourd'hui tout de même un catalogue de près de 100 000 étoiles).

Chandelles standards
Ici c'est un peu plus une sous-méthode générale à appliquer selon les conditions. C'est le même principe que pour une vraie chandelle : si vous la fixez à quelques centimètres, vous allez vous cramer la rétine tandis qu'en l'observant à une centaine de mètres, vous ne verrez sans doute qu'une lueur vacillante. La luminosité émise par l'objet s'appelle magnitude absolue et celle que l'on observe magnitude apparente et il existe une proportionnalité entre elles et la distance entre l'objet et l'observateur. À partir de là, le tout est de connaître la luminosité qu'émet réellement l'objet observé.

Les céphéides
Les céphéides sont des étoiles dont la luminosité varie de manière régulière (pour la petite explication, en fait l'étoile se contracte sous l'effet de sa gravité, cela augmente la pression interne, augmente la température —et donc la luminosité émise— ce qui dilate alors l'étoile, qui va alors refroidir se recontracter sous sa gravité et ainsi de suite). Elles "clignotent" en quelques sortes, et plus elle clignote lentement, plus on sait qu'elle sera massive et brillante. Ainsi en observant cette vitesse de clignotement que l'on appelle sa période, on peut calculer sa magnitude absolue et avec le principe des chandelles standards obtenir sa distance.
C'est une méthode qui a cependant ses limites puisqu'on a découvert que la luminosité variait aussi avec les éléments contenus dans l'étoile qui ne sont pas pris en compte ici et mène donc à des approximations, mais permet tout de même d'obtenir des estimations jusqu'à environ 60 millions d'années-lumière.

Les supernovae de type Ia
Ici, un cas très particulier mais du coup beaucoup plus précis. Les naines blanches sont des cadavres d'étoiles moyennes ; imaginez en gros la masse du Soleil dans une boule de la taille de la Terre. Si cet astre a une petite copine (oui parce que des fois deux étoiles tournent ensemble pour info), en général en train de crever aussi, elle peut commencer à aspirer de la matière de celle-ci. À force de bouffer, la naine blanche finira par atteindre une masse qui provoquera son effondrement gravitationnel, donc grosso modo une explosion thermonucléaire et comme on parle d'étoile : une supernova. Comme cet effondrement se provoque à un moment précis (appelé limite de Chandrasekhar), il a une magnitude absolue précise et élevée (facilement visible de loin quoi) elle aussi connue ce qui permet de déterminer la distance précise d'une étoile qui vient de disparaître 500 fois plus loin qu'avec la technique des Céphéides (mais du coup t'as une estimation de la distance de la galaxie où elle se trouvait, bah ouais tant qu'à faire autant que ça serve).

Fin en com'
(ci-dessous, une illustration de la parallaxe)
Comment qu'c'est-y qu'on mesure la distance des étoiles ?

Dans la f...
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Amok
op
Le décalage vers le rouge ou redshift
Gardons le meilleur pour la fin. L'Univers est en expansion ; en gros, plus une galaxie est distance d'une autre, plus elles s'éloignent vite l'une de l'autre, emportée par la toile de l'Univers qui s'étire. À cette information on ajoute le fait que la lumière est une onde : si les vagues sont rapprochées, on tire vers le bleu, si elles sont longues, on tire vers le rouge. Or cette onde traverse un Univers en expansion, ainsi, sur une longue distance, se produit ce qui s'appelle le décalage vers le rouge : l'onde lumineuse est progressivement étirée, du bleu elle tire vers le rouge (précision nerd : à ne pas confondre avec l'effet Doppler. Dans le cadre de l'effet Doppler, l'émetteur de l'onde est en mouvement par rapport à l'observateur tandis que dans le cas précédent, c'est le "support" de l'onde qui est étiré).
Enfin, les différents éléments ont différents spectres d'émissions c'est à dire émettent la lumière à des longueurs d'onde précises (ex: le césium émettra pas mal de bleu et vert et quasi pas de rouge, etc.).
Ainsi, lorsque l'ont compare un spectre reçu d'un astre lointain, on reconnaîtra la forme exacte du spectre des différents éléments mais dont tous les pics sont décalés vers le rouge. La taille de ce décalage permet de calculer la distance qui nous sépare de l'astre grâce à la constante de Hubble qui nous donne le taux d’expansion de l'Univers, la "vitesse à laquelle il gonfle".
Cette méthode permet d'obtenir des estimations de distances de l'ordre de 10 milliards d'années-lumière donc à peu près tout ce qu'on peut observer.

Est-ce que ça signifie qu'il n'y a rien d'autre à observer, que nous avons atteint les limites de l'Univers ? NON. Nous avons atteint les limites de l'univers observable appelé sphère de Hubble. La lumière a une vitesse finie et cela représente de telles distances que l'expansion finit par outrepasser cette vitesse et donc la lumière des objets au-delà de cette sphère ne peut plus nous parvenir. (Autre précision nerd : cela ne contredit pas Einstein ! Les objets ne dépassent pas la vitesse de la lumière dans l'espace, c'est l'espace lui-même qui "emporte" les objets tel un tapis roulant à une vitesse qui nous semble supérieure.)

(représentation du redshift)
Aussi très bine expliqué par le genialissime aurélien barreau dans sa série de 11 cours tout public sur l'univers https://youtu.be/TX1HxOF5evk
Amok
op
@lut1ternet: C'est très exactement en les rematant que ça m'a donné envie d'en parler, mais il a un style particulier auquel tout le monde n'accroche pas et je doutais que le moindre choual ait envie de se taper 30h de cours, mais du coup c'est vrai que j'avais oublié de lui en rendre l'hommage.
@Amok: personnellement j'écoute ça en voiture que ce soit pour aller au travail ou sorti ou alors pendant le sport. En dehors de ça c'est mieux des formats plus court quand même...
Tldr : en résumé, c'est quoi la meilleure méthode pour savoir si le voisin est une lumière ?
Amok
op
@Art60: Si tu louches pour le regarder il est beaucoup trop près et s'il est rougeot tu le verras bientôt pu.
@Amok: Punkyzlip aurait donc su à l'avance qu'il n'allait plus voir son voisin
Moi je me suis déjà posé la question sans avoir cherché la réponse, donc merci !
Merci tu expliques super bien !
Amok
op
@Minicho: Ah bah merci. Ça me rassure parce qu'en me relisant il y a quand même des passages que je trouvais mal écrits, genre le redshift on sent que je voulais en finir.



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