Sciences & Technologies

Bonjour,

Je suis en train de regarder les cours tout public de Aurélien Barrau sur Youtube, il aborde la façon de mesurer la distance d'une étoile céphéide de type variable et je ne comprend pas bien la méthode expliquée. Je voudrais savoir si c'est ce que j'ai compris ou pas du tout :

- Une étoile variable de type Céphée est une étoile qui émet des variations d'intensité lumineuse dans un intervalle de temps donné et mesurable depuis la Terre.

- L'intensité lumineuse de l'étoile est le nombre de photons qui parviennent jusqu'à nous à la vitesse de la lumière dans le vide. Soit pour les étoiles variables, un nombre important sur un intervalle de temps puis, un nombre moins important sur un autre intervalle de temps, les deux constituant l'intervalle de temps global.

- Quelque soit l'intensité de lumière captée par nos détecteurs terrestres, la vitesse d'un paquet important de photons, donc de grande intensité, est la même que celle d'un petit paquet de photons, en fait de faible intensité.

- L'étoile variable se contracte sous l'effet de son propre poids et de la gravité. C'est pourquoi nous observons des intensités lumineuses variables en fonction du temps. Les photons de l'étoile partent de son coeur vers son extérieur puis parviennent jusqu'à la Terre.

- Pour faire un exemple rapide : si la fréquence de temps entre la plus grande intensité lumineuse et la plus faible intensité détectée est de 50 minutes, alors puisque les photons arrivent tous à la même vitesse de cette étoile jusqu'à nous, et ce quelque soit leur intensité, on peut dire que l'étoile se contractant par gravitation et sous son propre poids, les intensités de photons, petite ou grande, émisent de son coeur vers ses bords mettent 50 minutes pour sortir de l'étoile. De fait, comme la vitesse des photons est la même dans le vide et quelque soit leur intensité lumineuse (leur nombre varie pas leur vitesse) nous pouvons dire que l'intervalle de temps de 50 minutes correspond à l'intervalle de temps de départ entre une intensité lumineuse faible et une grande intensité lumineuse.

- Avec la donnée temps trouvée, on peut alors mesurer la grandeur de l'étoile puisque plus une étoile est grande, plus les photons échappés de son coeur mettront de temps à se libérer ? Du coup, on peut mesurer sa taille et son intensité et donc sa composition chimique ?

- Mais je me demande si c'est pas faux parce que selon la composition chimique d'une étoile à un moment de sa vie, la luminosité ne met-elle pas plus de temps à se libérer de son coeur à cause des éléments plus imperméables qu'elle fabriquent puis consomme ?

- Et puis si je connais la taille de cette étoile céphéide, je ne vois toujours pas comment on trouve la distance ?

- Comment connaître la distance du Soleil sachant qu'il n'est pas une céphéide et que son intensité lumineuse est juste constante, on ne peut donc pas déterminé l'intervalle de temps ? Comment on fait ? Est-ce par le spectre lumineux, outil qu'on ne peut utiliser pour des étoiles trop lointaines ?

Quelqu'un peut m'expliquer svp ?

Merci !

A moins que luminosité émise / luminosité détectée = distance signifie que parce que la magnitude (intensité lumineuse?) d'une étoile est proportionnelle au carré de la distance, vue que je connais sa taille, je sais que si j'étais à telle distance j'aurais plus de photons (d'énergie en fait, de chaleur) alors que là je sais sa taille mais je ne reçois que cette quantité de photons.

Est-ce que mon erreur de pensée était d'avoir oublié que l'intensité est un nombre de photons détecté qui décroit avec la distance ?

Est-ce que l'idée est de dire que : connaissant la taille de l'étoile grâce à l'intervalle de temps décrivant son intensité maximale détectée fait que pour une distance (d) je reçois plus de photons selon que je suis loin ou proche de cette étoile ? Ainsi, cette étoile variable de type Céphée est de cette taille, donc je devrais recevoir une forte intensité à telles AL, et une intensité plus faible à telle AL, cela proportionnellement à ma distance ??

https://www.youtube.com/watch?v=8foGd34PFiw
28 minutes

ou alors c'est tout simple : entre la plus grande intensité émise par l'étoile et la plus faible intensité, il y a un temps (t) de 50 minutes, donc d = v/t où v est les 300 000km/s de la plus grande intensité et t est l'intervalle de temps pour obtenir la plus grande intensité. Ainsi, si les photons de la plus grande intensité (X) ont mis 50 minutes à venir vers nous après les photons de la plus petite intensité (Y), alors ces 50 minutes (t) sont le temps nécessaire pour les photons pour parcourir le chemin qui les sépare de la Terre ? Et donc, ce ne serait pas possible d'utiliser cette méthode sur une étoile non variable car on aurait pas cette donnée (t) séparant une quantité de photons intense d'une autre moins intense ?

Je deviens fou

La deuxième solution est je crois la bonne.
Exemple: le soleil nous envoie de l'énergie lumineuse d'intensité qui décroît avec la distance selon que l'on soit sur Mercure, Terre ou Neptune. Trop chaude, vie possible, trop froide. En vrai, le soleil n'est pas une cepheide mais c'est le même principe. Puisque une étoile variable envoie vers la Terre des intensités variables alors si nous trouvons sa dimension, nous trouvons son éclat maximum et donc, par comparaison et calcul (ce qui manque à ce raisonnement) on peut déterminer à quelle distance l'intensité sera de telle ampleur. Ainsi, puisque disons l'intensité maximum met 50 min à venir vers la Terre (en vrai c'est plusieurs jours), alors le paquet de photons max met 50 min pour sortir disons grossièrement, du centre de l'étoile donc vitesse lumière X 50min en sec et tu obtiens le rayon de l'étoile. Sauf que la question est parsemée d'embûches car le photon dans un agrégat d'éléments stellaires est peut-être moins rapide que dans le vide, il faut alors connaître à l'avance la vitesse d'un photon dans un centre stellaire du coeur vers la surface selon les couches d'éléments chimiques, ok ?

Résumé: plus c'est gros, plus ça brille
Plus c'est loin, moins ça brille
Plus c'est long à venir, plus c'est gros
Ensuite, tu compares cette étoile lointaine variable avec une autre puis une autre et tu as une idée d'une intensité max à telle distance.

Pour l'effet Doppler maintenant,

La deuxième solution physique pour trouver les distances des étoiles non variables (donc non céphéides) c'est d'utiliser la longueur d'onde de la lumière qu'elles envoient jusqu'à la Terre. Non pas l'intensité lumineuse la plus importante, cette fois, mais la longueur d'onde émise par la lumière. En fait, cette méthode est utiliser bien plus que celle des céphéides car il me semble qu'elle s'applique pour toutes les étoiles tout en étant bien précise.

Comme il le dit dans sa vidéo, il faut étalonner la relation et c'est là que ton raisonnement coince si tu ne le fais pas. Pour les céphéides, tu n'as pas pris en compte que : pour déterminer la distance d'une étoile variable selon le rapport intensité émise et intensité reçue, on a déjà pris des mesures avec d'autres étoiles pour comparer, segmenter, l'intensité maximale à une distance donnée. La magnitude d'un astre décroit proportionnellement avec la distance : je vois le lampadaire à 5 cm de mes yeux je suis ébloui, je vois le lampadaire à 10m, je vois bien la rue, je vois le lampadaire à 150m, je vois seulement une toute petite partie des photons reçu. Et c'est vrai pour la luminosité comme pour l'énergie, la chaleur de ces photons stellaires.

Pour en revenir à la méthode du red shift. Il faut penser que chacun des éléments étudiés en laboratoire émet une fréquence ondulatoire particulière (fréquence d'émission). En fait, c'est la mesure physique d'éléments chimiques présents dans les étoiles. Il cite le fer, qui est un des éléments d'une étoile. Si, à une vitesse précise, cet élément émet un flux ondulatoire spécifique à sa propriété, alors nous pouvons reproduire son spectre lorsqu'il est extrêmement lent ou bien extrêmement rapide. Pour notre cas, l'univers en expansion, je crois que toutes les étoiles lointaines s'éloignent et ceux très lointaines plus vite encore. Dès lors qu'on mesure la longueur d'onde d'une étoile de distance inconnue, il faut non plus s'intéresser à la particularité lumineuse corpusculaire de l'étoile des céphéides : photons mais à sa particularité ondulatoire, c'est à dire l'autre propriété originale de la lumière.

En gros, t'es dans ton laboratoire : tu mesures l'intensité en fonction de la fréquence d'un élément (spectre) : tu trouves un graphique quelconque qui lui est propre. Puis, tu lui donnes une certaine vitesse à cette onde, et tu remarques que le graphique est décalé à partir du premier, puis plus l'onde est rapide, le troisième graphique est encore décalé etc... Tu observes maintenant une étoile lointaine, tu fais la même chose et tu déduis la vitesse de propagation de l'onde qui te donne celle de la vitesse de l'étoile.

Vitesse de la longueur d'onde (grossièrement) = distance de l'étoile x proportionnalité de Hubble (découverte par étalonnage sur plusieurs étoiles on trouve une constante proportionnelle).
Donc v = d x h
On connaît v par la mesure de la longueur d' ondes, on connaît h à partir d'un étalonnage, on connaît désormais d par v/h.

On est sur Terre, l'étoile peut-être à 10 milliards d'AL, et on connaît sa position, magique non ?

merci je vois mieux mais veut dire que l'on verrait des étoiles éloignées jusqu'à 946 080 000 000 000 000 000 000 000 de km ?
tout simplement (300 000km/s x 3600) x 24) x365) x 10 milliards ??!