17.2 : Les couleurs des étoiles
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Objectifs d'apprentissage
À la fin de cette section, vous serez en mesure de :
- Comparez les températures relatives des étoiles en fonction de leurs couleurs
- Découvrez comment les astronomes utilisent les indices de couleur pour mesurer la température des étoiles
Regardez la belle image des étoiles dans le nuage d'étoiles du Sagittaire illustrée à la figure\(\PageIndex{1}\). Les étoiles présentent une multitude de couleurs, dont le rouge, l'orange, le jaune, le blanc et le bleu. Comme nous l'avons vu, les étoiles ne sont pas toutes de la même couleur car elles n'ont pas toutes la même température. Pour définir la couleur avec précision, les astronomes ont conçu des méthodes quantitatives pour caractériser la couleur d'une étoile, puis utiliser ces couleurs pour déterminer la température des étoiles. Dans les chapitres qui suivent, nous indiquerons la température des étoiles que nous décrivons, et cette section vous explique comment ces températures sont déterminées à partir des couleurs de la lumière émise par les étoiles.
Couleur et température
Comme nous l'avons appris précédemment, la loi de Wien établit un lien entre la couleur des étoiles et leur température. Les couleurs bleues dominent la lumière visible des étoiles très chaudes (avec beaucoup de rayonnement supplémentaire dans l'ultraviolet). D'autre part, les étoiles froides émettent la majeure partie de leur énergie lumineuse visible aux longueurs d'onde rouges (une plus grande quantité de rayonnement étant émise dans l'infrarouge) (Figure\(\PageIndex{1}\)). La couleur d'une étoile fournit donc une mesure de sa température de surface intrinsèque ou réelle (hormis les effets de la rougeur causée par la poussière interstellaire, qui seront abordés dans Between the Stars : Gas and Dust in Space). La couleur ne dépend pas de la distance par rapport à l'objet. Cela devrait vous être familier par expérience quotidienne. La couleur d'un feu de signalisation, par exemple, est la même, quelle que soit sa distance. Si nous pouvions d'une manière ou d'une autre prendre une étoile, l'observer, puis la déplacer beaucoup plus loin, sa luminosité apparente (magnitude) changerait. Mais ce changement de luminosité est le même pour toutes les longueurs d'onde, de sorte que sa couleur resterait la même.
| Couleur de l'étoile | Température approximative | Exemple |
|---|---|---|
| bleu | 25 000 KG | Spica |
| blanc | 10 000 KG | Vega |
| jaune | 6 000 KG | Soleil |
| Orange | 4 000 K | Aldebaran |
| rouge | 3 000 K | Bételgeuse |
Phet : Blackbody Spectrum
Participez à cette simulation interactive de l'université du Colorado pour voir la couleur d'une étoile changer à mesure que la température change.
Les étoiles les plus chaudes ont des températures supérieures à 40 000 K, et les étoiles les plus froides, des températures d'environ 2 000 K. La température de surface de notre Soleil est d'environ 6 000 K ; sa couleur de pointe est légèrement jaune verdâtre. Dans l'espace, le Soleil aurait un aspect blanc et brillerait avec des longueurs d'onde de lumière rougeâtres et bleuâtres à peu près égales. Il semble légèrement jaune vu de la surface de la Terre parce que les molécules d'azote de notre planète diffusent certaines des longueurs d'onde les plus courtes (c'est-à-dire bleues) des faisceaux de lumière solaire qui nous atteignent, laissant derrière elles une plus grande quantité de lumière de grande longueur d'onde. Cela explique également pourquoi le ciel est bleu : le ciel bleu est la lumière solaire diffusée par l'atmosphère de la Terre.
Indices de couleur
Afin de déterminer la couleur exacte d'une étoile, les astronomes mesurent normalement la luminosité apparente d'une étoile à l'aide de filtres, dont chacun transmet uniquement la lumière provenant d'une bande étroite de longueurs d'onde (couleurs). Un exemple grossier de filtre dans la vie de tous les jours est une bouteille de boisson gazeuse en plastique de couleur verte qui, lorsqu'elle est tenue devant les yeux, ne laisse passer que les couleurs vertes de la lumière.
Un ensemble de filtres couramment utilisé en astronomie mesure la luminosité des étoiles à trois longueurs d'onde correspondant à la lumière ultraviolette, bleue et jaune. Les filtres sont nommés : U (ultraviolet), B (bleu) et V (visuel, pour le jaune). Ces filtres transmettent de la lumière à des longueurs d'onde proches de 360 nanomètres (nm), 420 nm et 540 nm, respectivement. La luminosité mesurée à travers chaque filtre est généralement exprimée en magnitudes. La différence entre deux de ces grandeurs, par exemple entre le bleu et les magnitudes visuelles (B—V), est appelée indice de couleur.
Accédez à ce simulateur de lumière et de filtres pour démontrer comment différentes sources de lumière et différents filtres peuvent se combiner pour déterminer le spectre observé. Vous pouvez également voir comment les couleurs perçues sont associées au spectre.
D'un commun accord entre astronomes, les magnitudes ultraviolets, bleues et visuelles du système UBV sont ajustées pour donner un indice de couleur de 0 à une étoile dont la température de surface est d'environ 10 000 K, telle que Vega. Les indices de couleur B—V des étoiles varient de −0,4 pour les étoiles les plus bleues, avec des températures d'environ 40 000 K, à +2,0 pour les étoiles les plus rouges, avec des températures d'environ 2 000 K. L'indice B—V du Soleil est d'environ +0,65. Notez que, par convention, l'indice B—V est toujours la couleur « bleue » moins la couleur « rouge ».
Pourquoi utiliser un indice de couleur s'il implique en fin de compte la température ? Parce que la luminosité d'une étoile à travers un filtre est ce que les astronomes mesurent réellement, et nous sommes toujours plus à l'aise lorsque nos déclarations portent sur des quantités mesurables.
Résumé
Les étoiles ont des couleurs différentes, qui sont des indicateurs de température. Les étoiles les plus chaudes ont tendance à apparaître bleues ou bleu-blanc, tandis que les étoiles les plus froides sont rouges. L'indice de couleur d'une étoile est la différence entre les magnitudes mesurées à deux longueurs d'onde quelconques. C'est l'un des moyens utilisés par les astronomes pour mesurer et exprimer la température des étoiles.
Lexique
- indice de couleur
- différence entre les magnitudes d'une étoile ou d'un autre objet mesurées à la lumière de deux régions spectrales différentes, par exemple, le bleu moins les magnitudes visuelles (B-V)