Classification spectrale : Séquence OBAFGKM selon la température de surface (O = la plus chaude).
O-B-A-F-G-K-M (chaud → froid), températures : 30 000 K → 3 000 K
O (bleu) → B (bleu-blanc) → A (blanc) → F (jaune-blanc) → G (jaune) → K (orange) → M (rouge)
Sirius (A1V) : blanc, température ~9 940 K
Soleil (G2V) : jaune, température ~5 778 K
Bételgeuse (M2Ia) : rouge, température ~3 500 K
Les raies d'absorption permettent d'identifier le type spectral
Les étoiles sont classées de O (bleu, chaud) à M (rouge, froid) selon leur température
• Séquence spectrale : OBAFGKM (du plus chaud au plus froid)
• Températures caractéristiques : O (~30 000 K) à M (~3 000 K)
• Couleurs associées : Bleu (chaud) → Rouge (froid)
Unités astronomiques : UA (150 millions km), année-lumière (9,46 × 10¹² km), parsec (3,09 × 10¹³ km).
1 UA = distance Terre-Soleil = 149,6 millions km
1 année-lumière = distance parcourue par la lumière en 1 an = 9,46 × 10¹² km
1 parsec = 3,26 années-lumière = 3,09 × 10¹³ km
4,2 al × 9,46 × 10¹² km/al = 3,97 × 10¹³ km
4,2 al × (9,46 × 10¹² km/al) ÷ (1,496 × 10⁸ km/UA) = 266 000 UA
4,2 al ÷ 3,26 al/pc = 1,29 pc
4,2 années-lumière = 3,97 × 10¹³ km = 266 000 UA = 1,29 pc
• Unités adaptées : UA pour distances planétaires, al pour distances stellaires
• Conversions : 1 al = 63 241 UA = 0,307 pc
• Échelles appropriées : Choix de l'unité selon la distance à mesurer
Classification de Hubble : Spirales, elliptiques, irrégulières selon leur morphologie.
Bras spiraux, disque mince, bulbe central (ex: Voie Lactée)
Forme ellipsoïdale, pas de bras spiraux, vieilles étoiles (ex: M87)
Pas de forme définie, formation stellaire active (ex: Grand Nuage de Magellan)
Lenticulaires (S0) : entre spirale et elliptique
Galaxies actives : noyaux très lumineux
Les galaxies se classent en spirales, elliptiques ou irrégulières selon leur forme
• Classification de Hubble : S (spirale), E (elliptique), Irr (irrégulière)
• Caractéristiques : Morphologie, contenu stellaire, activité
• Évolution : Formes liées à l'histoire de formation
Diagramme H-R : Graphique luminosité vs température (ou type spectral) des étoiles.
Abscisse : température effective (ou type spectral), décroissant vers la droite
Ordonnée : luminosité (ou magnitude absolue), croissante vers le haut
Séquence principale (diagonale) : étoiles en fusion H → He
géantes rouges (haut droite) : étoiles évoluées, grande taille
naines blanches (bas gauche) : restes d'étoiles, petite taille
Soleil : G2V sur la séquence principale
Sirius A : A1V sur la séquence principale
Aldebaran : K5III géante rouge
Permet de suivre l'évolution stellaire et de déterminer les propriétés
Le diagramme H-R révèle les relations entre luminosité et température des étoiles
• Diagramme fondamental : Luminosité vs température
• Zones caractéristiques : Séquence principale, géantes, naines blanches
• Outil d'analyse : Classification et évolution stellaire
Relation masse-luminosité : L ∝ M^α avec α ≈ 3-4 pour les étoiles de la séquence principale.
Pour les étoiles de la séquence principale : L/L☉ ∝ (M/M☉)^α
Où α ≈ 3-4 (varie selon la masse)
Si α = 4, alors L = 2⁴ × L☉ = 16 × L☉
τ ∝ M/L ∝ M⁻² (durée de vie diminue rapidement avec la masse)
Étoile de 10 M☉ : L ≈ 10⁴ L☉, τ ≈ 10⁻² × τ☉ ≈ 10 millions d'années
Plus une étoile est massive, plus elle est lumineuse mais moins elle vit longtemps
• Relation masse-luminosité : L ∝ M^α (α ≈ 3-4)
• Conséquence : Les étoiles massives sont très lumineuses mais brûlent vite
• Durée de vie : τ ∝ M/L ∝ M⁻²
Fusion nucléaire : Processus convertissant l'hydrogène en hélium dans le cœur des étoiles.
4¹H → ⁴He + 2e⁺ + 2νₑ + γ (énergie)
Température seuil : ~4 millions K
¹²C + ¹H → ¹³N + γ → ¹³C + e⁺ + νₑ
¹³C + ¹H → ¹⁴N + γ
¹⁴N + ¹H → ¹⁵O + γ → ¹⁵N + e⁺ + νₑ
¹⁵N + ¹H → ¹²C + ⁴He
ΔE = Δmc², où Δm est le défaut de masse
Pour 4 protons → 1 noyau He : Δm ≈ 0,7% de la masse initiale
≈ 26,7 MeV par fusion de 4 protons en 1 noyau He
Soleil : ~600 millions de tonnes H converties en He chaque seconde
La fusion H → He est le moteur de l'énergie stellaire pendant la phase de séquence principale
• Processus principal : Fusion de l'hydrogène en hélium
• Mécanismes : Chaîne pp (petites masses) ou cycle CNO (grandes masses)
• Source d'énergie : Conversion de la masse en énergie (E=mc²)
Durée de vie stellaire : Temps pendant lequel une étoile reste sur la séquence principale.
τ = E_totale / L = (M × ε × c²) / L
Où ε ≈ 0,007 est le rendement de fusion
En utilisant L ∝ M^α : τ ∝ M^(1-α)
Pour α ≈ 3-4 : τ ∝ M^(-2) à M^(-3)
Soleil (1 M☉) : τ ≈ 10 milliards d'années
Étoile de 10 M☉ : τ ≈ 10⁹/10³ = 1 million d'années
Étoile de 0,1 M☉ : τ ≈ 10⁹/0,1² = 1 trillion d'années
Les étoiles massives vivent très peu par rapport au Soleil
Les étoiles de faible masse vivent très longtemps
La durée de vie stellaire diminue fortement avec la masse (τ ∝ M^(-2 à -3))
• Relation fondamentale : τ ∝ M/L ∝ M^(1-α)
• Conséquence : Étoiles massives évoluent plus rapidement
• Échelle de temps : 10⁹ ans pour le Soleil, 10⁶ ans pour étoiles massives
Spectroscopie : Technique d'analyse de la lumière émise par les étoiles pour déterminer leurs propriétés.
Forme du spectre révèle la température (loi de Wien, corps noir)
Position des raies → type spectral (classification OBAFGKM)
Intensité des raies → abondance des éléments
Température → classe spectrale
Gravité de surface → type spectral (V pour naine, III pour géante)
Vitesse radiale → effet Doppler
Classification des étoiles, détection d'exoplanètes, étude de la composition
La spectroscopie permet de déterminer température, composition et mouvement des étoiles
• Analyse spectrale : Spectre continu + raies d'absorption
• Classification : Basée sur les raies caractéristiques
• Outil essentiel : Pour l'astrophysique observationnelle
Voie Lactée : Galaxie spirale barrée de 100 000 années-lumière de diamètre.
Bulbe central (2 000 al de rayon), barre (27 000 al de long), disque (100 000 al de diamètre)
Bras de Persée, bras du Sagittaire, bras extérieur
Système solaire dans le bras de Persée
~100-400 milliards d'étoiles, gaz, poussières, matière noire
Masse totale ~1,5 × 10¹² M☉
Très dense, trous noirs supermassifs (Sgr A*)
La Voie Lactée est une galaxie spirale barrée avec un bulbe, un disque et des bras spiraux
• Structure : Bulbe, disque, bras spiraux, halo
• Dimensions : ~100 000 al de diamètre
• Contenu : Étoiles, gaz, poussières, matière noire
Échelles cosmiques : Hiérarchie des structures de la plus petite à la plus grande.
Diamètre Terre : ~12 742 km
Diamètre Soleil : ~1,39 million km (109 × Terre)
Distance Pluton-Soleil : ~40 UA = 6 milliards km
Distance au système stellaire le plus proche : ~4,2 al
Diamètre Voie Lactée : ~100 000 al
Superamas Laniakea : ~520 millions al
Univers observable : ~93 milliards al
L'Univers s'organise en structures de plus en plus grandes : planète → étoile → système → galaxie → groupe → superamas → Univers
• Hiérarchie : Structures emboîtées de petite à grande échelle
• Facteurs d'échelle : ~10⁴ à 10⁵ entre niveaux successifs
• Unités appropriées : km → UA → al → mégaparsec selon l'échelle
