Comment apprendre l'astrophysique ?
La formation d'astrophysicien peut commencer dès le lycée avec des classes préparatoires en mathématiques et en sciences, avant d'opter pour la physique ou l'astrophysique à l'université, avec une spécialité en astronomie.
Quelles sont les branches de l'astrophysique ?
L'astrophysique se compose de diverses disciplines :
cosmologie ;planétologie ;exobiologie ;instrumentation ;physique stellaire ;héliosismologie et astérosismologie ;physique du milieu interstellaire ;plasmas astrophysiques ;Quel est le rôle d'un astrophysicien ?
L'astrophysicien étudie la physique et les propriétés des objets célestes (planètes, étoiles, galaxies).
Face à la multitude d'objets présents dans l'univers, il doit se spécialiser dans une ou plusieurs disciplines (cosmologie, planétologie, exobiologie, etc.).- Compétences pour être Astrophysicien
Rigoureux : L'astrophysicien doit être organisé et doit structurer sa pensée pour mener ses recherches.
Curieux : Une grande curiosité intellectuelle est indispensable pour pousser toujours plus loin les recherches et aboutir à des résultats.
INTRODUCTION A LASTROPHYSIQUE
Livret \Cest quoi lastrophysique ?\
Pleins phares sur la filière automobile
Astronomie Astrophysique Observer et comprendre lUnivers
3 lobservation en astrophysique
Interférométrie optique et observations astrophysiques
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Faculté des sciences
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Notions d"astrophysiqueBruno SicardyUniversit´e Pierre et Marie Curie (Paris)Maˆıtrise, Universit´e Pierre et Marie CurieNotes de coursDate de mise `a jour: 12 mars 2005Table des mati`eres1 L"´etoffe de la mati`ere 11.
1) L"histoire du monde en onze chapitres et demi . . . . . . . . . . . . . . . . . 11. 2) Particules et m´ediateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61. 3) Les interactions fondamentales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61. 4) Leptons contre hadrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4. 1) Leptons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4. 2) Quarks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.4. 3) Baryons et m´esons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.4. 4) Saveur et interaction faible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101. 5) Fermions et bosons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111. 6) Effets macroscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121. 7) Les limites de la connaissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.7. 1) Des probl`emes ouverts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.7.2) L"unification des forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Les ´etoiles: la gen`ese 152.
1) Les nuages interstellaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152. 2) Effondrement d"un nuage interstellaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.2. 1) Masse de Jeans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.2. 2) Rayon de Jeans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18i2. 3) Temps de chute libre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.4) La barri`ere rotationnelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Etoiles: la naissance 233.
1) Etoiles, naines brunes et plan`etes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233. 2) Un probl`eme de poids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233. 3) Le probl`eme de l"´energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3. 1) Energie chimique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.3. 2) Energie gravitationnelle: le temps de Kelvin-Helmholtz . . . . . . . 253.3. 3) Energie nucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263. 4) Temp´erature interne d"une proto-´etoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263. 5) La masse stellaire minimale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.6) La masse stellaire maximum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304 Etoiles: l"ˆage adulte 334.
1) Relation masse-luminosit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1. 1) Diffusion des photons dans une ´etoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344.1. 2) Dur´ee de vie d"une ´etoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364. 2) Fusion de l"hydrog`ene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.2. 1) Le cycle p-p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364.2.2) Le cycle CNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375 La fournaise stellaire 395.
1) L"effet tunnel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405. 2) Distribution maxwellienne des vitesses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415.3) Taux de production nucl´eaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 426 La mort des ´etoiles 476.
1) L"´epuisement des r´eserves nucl´eaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476. 2) La structure en couches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476. 3) G´eantes rouges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486. 4) Naines blanches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496. 5) Supernovae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496.5. 1) La masse de Chandrashekhar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496.5. 2) L"explosion de la supernova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516.5. 3) Luminosit´e d"une supernova . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526. 6) Etoile `a neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536.6. 1) Rayon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536.6. 2) Pulsar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536.7) Trou noir . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54A La pression de d´eg´en´erescence 55A.
1) Cas classique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57A.2) Cas relativiste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57B Le th´eor`eme du viriel 59B.
1) D´emonstration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59B.2) Validit´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61Chapitre 1L"´etoffe de la mati`ereLes progr`es de la Physique, depuis un demi-si`ecle, ont prouv´e aussi clairement qu"il estpossible la nature atomique de la mati`ere.
Dansl"´etat actuel de nos connaissances, il n"est plusgu`ere contest´e par aucun physicien, que lamati`ere ne soit form´ee par la combinaison dequelques ´el´ements primordiaux (probablementdeux seulement, le proton et l"´electron) [ ]Louis de Broglie,Ondes et mouvements,1926.1.
1) L"histoire du monde en onze chapitres et demiLes ph´enom`enes naturels sont en g´en´eral tr`es compliqu´es.
On ne sait pas comment vont´evoluer les nuages, ni ce que fera le chat en se r´eveillant de sa sieste.
En revanche, on saitqu"il ne pourra pas sauter au-dessus d"une certaine hauteur, et on peut expliquer pourquoila Terre a quelques milliers de kilom`etres de diam`etre.Ces ph´enom`enes sont profond´ement li´es `a la nature de la mati`ere qui nous constitue, etaux forces qui la r´egissent.
Nous allons passer en revue ici ce que nous avons pu apprendredans les derniers si`ecles, ou mˆeme les derni`eres ann´ees, sur "l"´etoffe de la mati`ere".La gravitation.La premi`ere interaction physique fondamentale a ´et´e d´ecouverte parIsaac Newton, et a ´et´e baptis´ee gravitation universelle.
Elle explique aussi bien la chutedes corps `a la surface de la Terre que le mouvement de la Lune autour de notre globe, ouque le mouvement des plan`etes autour du Soleil.Paradoxalement, cette force est de loin la plus faible parmi les quatre interactions quenous connaissons actuelle