Pleins feux sur la lumière
La lumière bien qu’elle joue un rôle crucial dans notre vie quotidienne, offre bien plus de possibilités que d’éclairer notre maison la nuit. C’est aussi la clef pour comprendre notre univers ! En effet c’est grâce à elle que les scientifiques ont pu faire une découverte stupéfiante : la galaxie Andromède, un ensemble planétaire, un peu semblable à la notre (forme de spirale) se rapproche peu à peu de la Voie Lactée provoquant ainsi une immense collision d’ici 30 milliards d’années. Et il ne s’agit là que d’une découverte parmi des milliers d’autres que l’analyse de la lumière a rendues possible.
Mais comment les astrophysiciens s’y prennent-ils donc pour arriver à de tels résultats sans jamais avoir été sur place pour observer les évènements, avec seulement notre chère lumière comme guide?
Commençons donc par le commencement, par notre fameux Isaac Newton. Ce dernier est le premier à jamais avoir décomposé la lumière du soleil avec un prisme. C’est ainsi qu’il a produit un arc-en-ciel artificiel permettant de résoudre ce grand mystère de la physique.
L’arc-en-ciel est une décomposition de la lumière blanche, appelé « spectre ». Celui-ci nous offre une infinité de couleurs de toutes les variations du rouge au violet. Mais ce qu’on appelle des couleurs sont en fait des ondes électromagnétiques visibles par l’œil humain. Il existe cependant aussi des ondes que l’homme est incapable de discerner à l’œil nu. Pour voir, le reste on doit utiliser des appareils spéciaux. Il y a des ondes plus riches en énergie dont l’ultraviolet et les rayons gamma et des ondes plus longues donc plus faibles tels que l’infrarouge ou les rayons radio. Mais malgré ces différences en énergie, ces ondes se propagent toutes à la même vitesse, 300 000 km/s.
Chaque étoile émet une autre couleur. Il y a des étoiles qui nous apparaissent bleues, jaunes, rouges… mais la couleur nous informe seulement sur la température, les étoiles bleues sont beaucoup plus chaudes (plus de 10000°C) que les étoiles rouges qui sont plutôt froides puisqu’elles ne font que 3000°C, c’est exactement « le contraire des robinets du lavabo ». Par contre la couleur ne donne aucune information sur l’âge du corps céleste contrairement à ce qu’on pense en général.
Mais pour en savoir plus il ne suffit pas de regarder la couleur d’une étoile, il faut aller un peu plus loin et c’est là qu’interviennent nos fameux spectres. Si une étoile émet une couleur c’est qu’elle émet de la lumière qu’on peut elle aussi décomposer en spectre d’émission exactement comme pour la lumière de notre soleil. On différencie divers types spectraux qui permettent de classer les étoiles selon leur spectre. Afin de visualiser le tout, on utilise des courbes spectrales qui décrivent le spectre lumineux de chaque étoile.
Regina présente des courbes spectrales
Chaque élément chimique émet un certain spectre, appelé spectre d’émission. C’est un peu comparable à une empreinte digitale. On peut donc reconnaître une matière par la signature lumineuse de ses atomes. Les scientifiques ont des catalogues géants qui regroupent tous les éléments et leurs spectres correspondants. Le spectre du corps céleste dépend donc de la matière dont ce dernier est composé.
Marina et Lorena avec le spectre d’émission du Calcium
Par contre a lieu un décalage de fréquence des ondes électromagnétiques entre le départ et l’arrivée. On appelle ce phénomène l’ « effet Doppler-Fizeau ». En étudiant ce décalage on peut constater si un astre se rapproche ou s’éloigne de nous. Quand il se rapproche son spectre est décalé vers le bleu par contre quand le spectre est décalé vers le rouge il s’éloigne. Parce que le spectre d’Andromède est décalé vers le bleu elle s’approche de nous.
Quand on se sert du spectre lumineux on peut obtenir tout genre d’information : de la température à la composition chimique, la vitesse et la densité de l’étoile jusqu’à la trajectoire de l’étoile. Magique, non ?
Nous remercions l’animatrice Sabine, qui nous a permi de faire cette découverte fascinante.
Amitiés de Munich,
Marjolaine, Regina et Valérianne