Lexique de quelques termes utilisés

Antiparticule

Particule qui possède les mêmes caractéristiques qu'une particule ordinaire, à l'exception d'une charge électrique opposée. Ces antiparticules forment de l'antimatière. La rencontre entre la matière et l'antimatière conduit à une annihilation des deux par transformation complète en photons.

Atome

La plus petite partie d'un corps pur.
Un atome est constitué d'un noyau, qui représente l'essentiel de sa masse, constitué de protons (chargés électriquement) et de neutrons (neutres), autour duquel gravitent des électrons chargés négativement.
Dans un atome neutre, le nombre d'électrons est égal au nombre de protons. Si ce n'est pas le cas, l'atome est chargé, et on l'appelle un ion.
C'est le nombre de protons qui détermine la nature de l'atome. Par exemple, 1 proton = hydrogène, 2 protons = hélium... jusqu'à 92 = uranium, qui est le noyau le plus lourd qui existe naturellement.

Baryon

Les baryons sont des particules lourdes comme le proton et le neutron, qui font partie de la famille des hadrons.

Champ scalaire

La physique quantique associe à chaque variété de particules un champ qui recouvre tout l'espace. A chaque point de l'espace correspond un ou plusieurs nombres représentatifs de ce champ, de la même manière qu'à tout point d'une pièce on peut associer la température de ce point.
Ces champs sont dénommés champs scalaires lorsqu'ils sont caractérisés par un seul nombre en chaque point.

Chandra

Satellite d'observation dans le domaine des rayons X.
Lancé en 1999, c'est le plus récent et le plus sensible observatoire dans le domaine des rayons X.

Conservation du moment cinétique

Le moment cinétique (ou angulaire) est une mesure de l'énergie de rotation d'un système.
Si la taille du système diminue, sa vitesse de rotation doit augmenter, en vertu de la loi de conservation du moment cinétique.
C'est par ce principe qu'une patineuse qui replie ses bras tourne plus vite sur elle-même.

Corps noir

Corps qui est en équilibre thermique avec le rayonnement qu'il émet.

Dans ce cas, la courbe : intensité émise en fonction de la longueur d'onde du rayonnement possède une forme caractéristique, et la fréquence du maximum ne dépend que de la température d'équilibre.

(note : les températures sont exprimées en degrés Kelvin. 0°C=273 K)

 

Pour un corps noir, la loi de Wien indique la relation entre la longueur d'onde λ du maximum d'émission et la température
λ * T = 2897.8
De même la loi de Stefan indique la puissance rayonnée par unité de surface :
R_T = 5,67*10-8 * T4

 

Déconfinement des quarks

Les quarks portent une charge particulière dite de couleur. La théorie prévoit que de telles particules ne peuvent exister seules, elles sont obligatoirement groupées pour obtenir une couleur neutre. Ce phénomène s'appelle le confinement.
Le déconfinement correspond donc à la possibilité pour une telle particule d'exister seule. Ceci ne peut se produire que dans certaines conditions particulières très éloignées des conditions ordinaires.

Disque d'accrétion

Structure circulaire aplatie, composée de gaz et de poussières, qui se forme autour d'un centre d'attraction gravitationnelle.
Cette structure tourne en spirale autour du centre d'attraction, d'autant plus rapidement que cette attraction est intense.

Effet Doppler

Décalage du spectre électromagnétique sous l'effet de la vitesse d'éloignement (ou de rapprochement) de la source par rapport à l'observateur.
Si la source s'éloigne de l'observateur, la lumière est décalée vers le rouge (redshift) , dans le cas contraire, vers le bleu.

Entropie

L'entropie d'un système est une mesure de son désordre. C'est le nombre de configurations microscopiques qui vont laisser inchangé son état macroscopique.

équilibre hydrodynamique

état de stabilité d'une étoile lorsque toutes les forces internes sont en équilibre.
Ces forces internes sont principalement la pression du gaz comprimé et la pression de radiation due aux réactions de fusion nucléaire qui tendent à faire 'exploser' l'étoile, et la gravitation qui, elle, tend à effondrer l'étoile sur elle-même.

ESO

European Southern Observatory : observatoire européen installé au Chili. Il est constitué d'un ensemble de 4 télescopes possédant chacun un miroir de 8.2m de diamètre.
Ces télescopes sont appelés VLT : Very Large Telescope.
Les quatre télescopes sont en service opérationnel aujourd'hui, et seront à terme couplés entre eux pour obtenir des images par des méthodes interférométriques.
Les premiers résultats de cette nouvelle technique ont été obtenus au mois d'Octobre 2001, et sont disponibles sur le site de l'ESO.

étoiles de population I et II

Classement des étoiles selon un astronome allemand Walter Baade, vers 1944.
Les étoiles de type I sont des étoiles jeunes riches en métaux que l'on trouve dans les bras des galaxies spirales.
Les étoiles de type II sont des étoiles vieilles pauvres en métaux, que l'on trouve dans les galaxies elliptiques, les amas globulaires,et en dehors des bras spiraux.
On appelle étoiles de type III les étoiles primitives qui se sont formées les premières au début de l'univers.

évolution des étoiles

L'évolution finale d'une étoile n'est pratiquement fonction que de sa masse initiale. Le tableau ci-dessous résume celle-ci.

 

Fusion nucléaire

Processus d'agglutination des noyaux de deux atomes, pour en former un troisième plus lourd.
Cette réaction produit une énergie considérable. La plus simple est la fusion de deux noyaux d'hydrogène pour former un noyau de deutérium (un proton+un neutron). La fusion d'un noyau de deutérium et d'un autre noyau d'hydrogène donnera un noyau d'hélium.
C'est le processus utilisé dans les bombes H, à une échelle infiniment plus petite qu'à l'intérieur d'une étoile.

Globules de Bok

 

Le globule Barnard 68, vu dans le visible (à gauche), et dans l'infra-rouge (à droite). Le nuage est transparent à l'infra-rouge, et laisse voir les étoiles derrière lui. Source : ESO

Gluon

Particule élementaire vecteur de l'interaction nucléaire forte. Les gluons n'ont pas de masse, mais portent une charge de "couleur" (qui n'est qu'une dénomination, sans aucun rapport avec les couleurs usuelles).

Hadron

Ensemble des particules sensibles à l'interaction nucléaire forte, donc composées de quarks. Les nucléons, composés de trois quarks, en font partie, ainsi que les mésons, composés de deux quarks.

HST

Le télescope spatial Hubble, mis en orbite autour de la Terre. Le fait qu'il soit au dessus de l'atmosphère lui autorise une résolution bien supérieure à celle d'un télescope terrestre, puisqu'il n'est pas perturbé par la turbulence de l'atmosphère.

Interférométrie

L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes provenant de la même source.
Pour obtenir, non pas une image mais des franges d'interférence, il faut utiliser plusieurs récepteurs qui deviennent équivalents à un seul récepteur de diamètre égal à leur écartement.
Pour que cela fonctionne, il faut que les ondes reçues sur les différents récepteurs soient cohérentes. En pratique cela fonctionne assez bien pour les ondes radio, mais est beaucoup plus difficile à réaliser pour de la lumière visible.

Lepton

Particule insensible à la force nucléaire forte, par opposition aux hadrons. Ce sont les électrons, muons, taus et les neutrinos associés.

Lois de Kepler

Lois du mouvement des planètes, formulées par Képler,et expliquées par Newton. Elles sont au nombre de trois :

• les planètes gravitent autour du Soleil en suivant des trajectoires elliptiques, ce dernier occupant l'un des deux foyers de l'ellipse.
• les aires décrites par le rayon vecteur joignant la planète au Soleil sont égales pour des intervalles de temps égaux.
• pour toute planète gravitant autour du Soleil, le rapport  est constant, T étant la période orbitale de la planète, et a le demi-grand axe de l'ellipse correspondant à la trajectoire de l'astre autour du Soleil.

Lobe de Roche

Régions en forme de poire qui englobent les corps d'un système double.
Chaque lobe détermine l'espace dans lequel la gravitation de chaque étoile est prédominante.
Ils se rencontrent en un point appelé point de Lagrange, où l'attraction de chacun des deux corps s'annule.

 

Magnitude visuelle

Grandeur qui caractérise l'éclat d'une étoile vue depuis la Terre.

Magnitude absolue

Quantité qui caractérise l'éclat réel d'une étoile. La magnitude absolue d'une étoile, c'est la brillance qu'elle aurait si elle se trouvait à 32.6 années lumièrede la Terre.
Cette grandeur permet ainsi de comparer des étoiles entre elles, indépendamment de leur distance à la Terre.

Matière dégénérée

Matière de très haute densité dont la structure est modifiée du fait de la gravitation intense qui s'y applique. Les particules qui sont contraintes de se "serrer" les unes sur les autres provoquent alors la pression de dégénérescence.

 

Matière sombre (ou noire)

La matière sombre échappe pour l'instant à toute tentative de détection. Son existence est pourtant déduite de son influence gravitationnelle sur des phénomènes comme la rotation des galaxies spirales, ou l'évolution des superamas galactiques.
La composition de cette matière invisible fait l'objet de nombreuses hypothèses : WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), MACHOs (MAssive Compact Halo Objects), trous noirs primordiaux, neutrinos massifs et autres idées.

Mécanique quantique

Branche de la physique qui traite des particules atomiques et de leurs relations entre elles.

Monopole magnétique

Particule théorique qui ne possède qu'un pôle magnétique, contrairement à un aimant, qui lui en possède toujours deux.
La théorie de grande unification impose la production de monopôle, qui sont sensés posséder une masse très élevée.

Neutrino

Particule élémentaire de type lepton, de masse très faible (longtemps supposée nulle).
Les neutrinos sont émis dans les réactions nucléaires au sein des étoiles, et en grand nombre lors de l'effondrement gravitationnel d'une supernova.
Ils sont très difficiles à observer, parce qu'ils interagissent très peu avec la matière.

Nuage moléculaire

Vaste zone remplie d'hydrogène moléculaire qui s'étire sur des dizaines, voir des centaines d'années-lumière. Leur masse peut atteindre des millions de masses solaires. Ils sont le berceau des étoiles.

Nucléon

Particule constitutive d'un noyau atomique : il s'agit du proton, chargé électriquement, et du neutron, sans charge électrique.

Objets de Barnard

Nom donné à des nuages de gaz et de poussières qui ne sont pas illuminés par des étoiles, et qui masquent la lumière de celles qui sont situées derrière.

Onde de densité

Zone à l'intérieur d'un milieu où la densité est plus élevée qu'ailleurs.
Les régions situées à l'avant des bras des galaxies spirales sont caractéristiques de ces ondes. Le déplacement du bras produit ainsi une sorte d'onde de choc capable de comprimer le milieu interstellaire.

Photon

Particule élémentaire vecteur de l'interaction électromagnétique. Les photons sont de masse nulle et ne portent pas de charge.
Ce sont eux qui transportent l'énergie des ondes électromagnétiques, dont la lumière.

Plasma

Etat de la matière dans lequel les constituants des atomes - noyaux et électrons - sont dissociés.

Principe d'exclusion de Pauli

Principe fondamental de la mécanique quantique, qui postule que deux particules (de type fermion) ne peuvent se trouver dans le même état quantique.
Ce qui revient à dire que deux électrons ou deux neutrons ne peuvent se trouver au même endroit avec la même énergie. Si une force extérieure, la gravitation dans notre cas, les oblige à se trouver au même endroit, ils ne pourront pas avoir la même énergie, c'est à dire la même vitesse.
Si un ensemble de fermions est contraint de se trouver dans un même lieu, ils vont donc devoir adopter des vitesses toutes différentes, de plus en plus grandes : la limitation relativiste des vitesses à la vitesse de la lumière va alors empêcher ce volume de décroitre et donc apparaître comme une force qui s'oppose à l'effondrement : la pression de dégénérescence.

Principe d'incertitude d'Heisenberg

Autre principe fondamental de la mécanique quantique, qui postule qu'il existe une limite inférieure à la précision avec laquelle on connaît deux paramètres indépendants relatif à un même objet.
Par exemple, on ne peut pas connaître rigoureusement à la fois la vitesse et la position d'un objet, ou l'énergie émise et la durée d'émission.
En particulier, si un objet est au repos, sa position possède obligatoirement une certaine incertitude.

Pression de dégénérescence

Force exercée par des particules atomiques, qui conformément au principe d'exclusion de Pauli, ne peuvent pas se trouver dans un même état d'énergie au même endroit.
C'est cette force qui permet à une naine blanche ou une étoile à neutrons de ne pas s'effondrer sur elle-même malgré la gravitation.

Pression de radiation

Force exercée par un photon, ou une onde électromagnétique sur une particule de matière.
Plus l'énergie du photon est grande, plus cette pression est élevée.

Quark

Particule élémentaire, composant entre autre des neutrons et des protons. Un quark possède une charge électrique multiple de 1/3.
Les quarks, qui existent en 6 variétés, portent une charge dite de "couleur" et sont donc sensibles à l'interaction nucléaire forte.
Les quarks ne peuvent normalement exister en tant que particules isolées, ils sont toujours groupés par 3 (phénomène de confinement des quarks).

Rayon de Schwarzschild

Rayon à l'intérieur duquel il faut comprimer une masse pour qu'elle devienne un trou noir. Ce rayon augmente avec la masse.

C'est la taille de l'horizon du trou noir, à l'intérieur duquel rien ne peut s'échapper, même pas la lumière.

Si G est la constante de gravitation universelle et c la vitesse de la lumière, alors le rayon de Schwarzschild d'un trou noir de masse M vaut

 

Rayonnement synchrotron

Rayonnement semblable à celui émis par des particules chargées qui suivent une trajectoire circulaire en spiralant dans des lignes de champ magnétique.

Redshift

Décalage vers le rouge du spectre d'un objet dû à sa vitesse de fuite, par effet Doppler. Depuis les travaux de Hubble et la théorie du Big Bang, on sait que cette vitesse de fuite est une conséquence de l'expansion de l'univers, et est proportionnelle à l'éloignement de l'objet observé.

Ce redshift est courament noté z.. Il correspond au décalage relatif de la longueur d'onde :

En tenant compte des effets relativistes aux grandes distances,
on obtient ainsi la formule complète du redshift :
où v est la vitesse de fuite, et c la vitesse de la lumière.

Distance d'un objet en fonction de son redshift, selon la valeur de la constante de Hubble.

Les mesures les plus récentes semblent indiquer une valeur d'environ 65 km/s/Mpc.

Sachant que v est proportionnelle à la distance par la formule de Hubble, on en déduit la distance fonction du redshift :

Plus le redshift d'un objet est élevé, plus celui-ci est loin de nous. Comme la lumière se déplace à une vitesse finie, voir loin dans l'espace signifie aussi remonter loin dans le temps.
Si nous voyons un objet situé à 10 milliards d'années-lumière, nous le voyons tel qu'il était il y a 10 milliards d'années.

Il existe une autre forme de redshift, appelé redshift gravitationnel, qui est provoqué par la présence d'un champ de gravitation à l'endroit de la source du rayonnement.

Régions H II

Nuage composé principalement d'hydrogène dont la plupart des atomes sont ionisés par le rayonnement ultra-violet d'étoiles de classe O et B.
Ces nuages forment des nébuleuses à émission, reconnaissables à leur couleur rouge.

Spectre électromagnétique

Ensemble des rayonnements de nature électromagnétique allant des plus grandes ondes radio, jusqu'aux rayons X et gamma.
La lumière visible n'est qu'une toute petite partie de ce spectre.

 

L'énergie est reliée directement à la température. Plus un corps est chaud, plus il émet une "lumière" énergétique.

Triple alpha

Réaction de fusion nucléaire qui se produit dans un coeur d'hélium.
Deux noyaux d'hélium fusionnent pour donner un noyau de béryllium instable. Si un troisième noyau d'hélium fusionne à son tour avec celui-ci avant qu'il ne se soit désintégré, on obtient alors un noyau de carbone stable.
Le nom 'alpha' vient de ce que les noyaux d'hélium sont aussi les particules dites 'rayons alpha' observées dans la radioactivité du radium.

Types de supernovae

On distingue deux grands types de supernovae, dénommés Ia et II.
Les supernovae de type Ia correspondent à l'explosion d'une naine blanche dans un système binaire, tandis que les types II correspondent à l'explosion d'une étoile supergéante en fin de vie.
Dans le spectre d'une supernova de type Ia, on ne détecte pas d'hydrogène, la naine blanche n'ayant pas d'atmosphère, mais du silicium.
Il existe également deux autre types de supernova :

• le type Ib qui correspond à la fin de la vie d'une étoile supergéante qui a déjà expulsé ses couches externes sous l'effet de vents stellaires violents. Son spectre montre de l'hélium.
• le type Ic dans le spectre duquel on ne retrouve ni hélium, ni silicium. Son mécanisme reste inconnu.

Unités de longueur en astronomie

• unité astronomique (ua) : distance moyenne entre la Terre et le Soleil.
  1 ua vaut environ 150 millions de kilomètres, soit 8 minutes-lumière.
• année lumière : une année-lumière est égale à la distance parcourue par la lumière en une année, soit environ 9500 milliards de kilomètres.
• parsec : un parsec est égal à 3,26 années-lumière.
  On utilise souvent le méga-parsec, noté Mpc, qui vaut un million de parsecs.

Vent stellaire

Flux de particules, chargées ou non, qui s'écoule d'une étoile le long des lignes de champ magnétique de l'étoile.
C'est celui du Soleil qui est responsable des aurores boréales (entre autres).

Vitesse de libération

Vitesse que doit acquérir un objet pour s'échapper de l'attraction gravitationnelle d'un astre.
A la surface de la Terre, cette vitesse est de 11 km/seconde.