INTRODUCTION A LASTROPHYSIQUE
Comme on aime souvent à le dire l'astronomie est la plus vieille science du monde. Elle décrit les astres et leurs mouvements et s'attache à découvrir la
ASTROPHYSIQUE
En ce sens ce livre est aussi un livre de physique qui invite à parcourir
Bases physiques de lastrophysique
27 sept. 2006 1 Généralités sur le rayonnement. 5. 1.1 Le rayonnement dans l'univers . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5. 1.2 L'intensité spécifique .
Astronomie Astrophysique
(Pensées pour moi-même – Livre II IX – Marc Aurèle
ASTROPHYSIQUE
MEDECINE. ASTROPHYSIQUE. Les Etoiles: la Vie la Mort et tout le Bazar. Magist ere et Ma^
Exercices et problemes dastrophysique. Cours et exercices
C'est pourquoi dans ce livre nous ne donnons que quelques rappels de cours et plongeons rapidement dans des questions parfois plutôt calculatoires parfois
Les trous noirs
L'aspect astrophysique et physique nucléaire. ♧ 1885 : Une “nova” est observée dans la “Nébuleuse d'Androm`ede”. ♧ 1896 : Henri Becquerel découvre la
Astrophysique théorique
présentant un intérêt astrophysique. MAGNAN a consacré la majeure partie de son travail à la rédaction d'un livre destiné au grand public et présentant les ...
Notions dastrophysique
Nous au- rons de nombreuses occasions aussi bien en physique stellaire qu'en cosmologie
C-quoi-l-astrophysique-cea-2014.pdf
C'est quoi l'astrophysique ? Grâce à ce livre que tu as fabriqué toi-même et aux ma- quettes que tu as construites
INTRODUCTION A LASTROPHYSIQUE
Comme on aime souvent à le dire l'astronomie est la plus vieille science du monde. Elle décrit les astres et leurs mouvements et s'attache à découvrir la
ASTROPHYSIQUE
mis en œuvre dans le contexte astrophysique ayant conduit à les présenter. En ce sens ce livre est aussi un livre de physique qui invite à parcourir
ASTROPHYSIQUE
mis en œuvre dans le contexte astrophysique ayant conduit à les présenter. En ce sens ce livre est aussi un livre de physique qui invite à parcourir
Astronomie Astrophysique
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Bases physiques de lastrophysique
27 sept. 2006 cadre de problèmes touchant l'astrophysique. Nous commencerons par une étude très générale du rayonnement per-.
Introduction à lastrophysique Galaxies et cosmologie
Culture scientifique : - Savoir expliquer ce qu'est une galaxie. - Connaître les principaux ordres de grandeurs
Livret Cest quoi lastrophysique ?
Grâce à ce livre que tu as Projet supervisé par Roland Lehoucq astrophysicien au CEA. colle ici ta photo ... Découvre ce qu'est l'astrophysique.
Exercices et problemes dastrophysique. Cours et exercices
C'est pourquoi dans ce livre nous ne donnons que quelques rappels de procédés régissant un phénomène de planétologie d'astronomie ou d'astrophysique.
Relativité Générale
En plus des nombreuses applications à l'astrophysique il convient de mentionner Remarque : Dans les livres de relativité plutôt anciens
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Ce livre a pour origine un cours proposé en option aux étudiants de Maîtrise puis de première année de Master de sciences physiques de l'université de
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1 SCIENCES TECHNOLOGIE MEDECINE ASTROPHYSIQUE Les Etoiles: la Vie la Mort et tout le Bazar Magist ere et Ma^ trise de Physique Jonathan Ferreira
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1 3 Les points forts de l'astronomie du XXIe siècle 15 Chapitre 2 Déchiffrer le rayonnement des astres 18 2 1 La lumière : ondes et photons 18 2 1 1
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1 28 Courrier de l'environnement de l'INRA n°39 février 2000 Le grand livre du ciel - Comprendre l'astronomie du XXI e siècle Philippe de La Cotardière
Quelles sont les branches de l'astrophysique ?
Aujourd'hui, l'astrophysique comporte de multiples branches faisant intervenir la physique atomique et moléculaire, la physique nucléaire, la physique des particules, la théorie de la relativité générale, la physique des plasmas avec la MHD et bien sûr la physique quantique, la thermodynamique, la mécanique statistiqueQuelle différence entre astronomie et astrophysique ?
Un astrophysicien s'intéresse à la physique des astres, leur origine, leur composition, leur évolution, souvent d'une manière plus théorique. Un astronome est plus porté vers un métier d'observation, peut-être plus vers les aspects de mécanique céleste, de dynamique.Quel est le métier d'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.).- L'astronomie est la science de l'observation des astres, comme le Soleil, la Lune, les planètes, les comètes ou encore les étoiles. Elle a pour but d'expliquer leur origine, de comprendre leur évolution et de mieux connaître leurs différentes propriétés, qu'elles soient physiques ou chimiques.
ASTROPHYSIQUE
Étoiles, Univers et relativitéRetrouver ce titre sur Numilog.comRetrouver ce titre sur Numilog.com
Jean Heyvaerts
Professeur émérite de Physique et d'Astrophysiqueà l'université de Strasbourg
ASTROPHYSIQUE
Étoiles, Univers et relativitéRetrouver ce titre sur Numilog.com© Dunod, Paris, 2012
ISBN 978-2-10-058269-3
Illustration de couverture :
La nébuleuse du Crabe est ce qui reste de l'explosion, observée en 1054, d'une supernova dans la
constellation du Taureau. Elle abrite en son centre une étoile à neutrons formée lors de l'explosion. © NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU)Retrouver ce titre sur Numilog.com © Dunod. Toute reproduction non autorisŽe est un dŽlit.Avant-propos
Ce livre a pour origine un cours proposé en option aux étudiants de Maîtrise, puis de première année de Master de sciences physiques de l'université de Strasbourg. Cet enseignement se propose à la fois de présenter quelques domaines de l'astro- physique actuelle, autour du thème de l'évolution des étoiles et de l'Univers, et de montrer que ces phénomènes grandioses constituent une symphonie jouée par un orchestre dont chaque discipline de la physique est un musicien. Ce livre souhaite faire admirer cette oeuvre magnifique et surprenante qu'est l'évolution du cosmos, tout en faisant mieux connaître ses interprètes. Chaque aspect de la physique qui pourrait être nouveau pour le lecteur fait l'ob- jet d'une présentation concise, mais néanmoins précise, dont le point de départ ne requiert pas d'autres connaissances que celles que peut posséder un étudiant de licence de cette discipline : quelques notions de base de mécanique classique, de thermodynamique et de mécanique quantique. Les concepts nouveaux sont aussitôt mis en oeuvre dans le contexte astrophysique ayant conduit à les présenter. En ce sens, ce livre est aussi un livre de physique qui invite à parcourir, et permet d'ap- prendre, des sujets divers parmi lesquels : la mécanique statistique d'équilibre thermodynamique ou hors d'équilibre, la relativité restreinte et générale, divers aspects de la physique des particules élémentaires. Chaque chapitre propose en conclusion un problème ayant pour objet d'étendre le propos développé dans les pages qui le précèdent. La recherche de la solution pla- cera le lecteur intéressé dans une démarche de découverte active et constituera un moyen plaisant et utile de consolider les connaissances nouvellement acquises. Les réponses et les quelques pistes indiquées lui permettront de surmonter les obstacles qui pourraient se présenter. Je remercie mes collègues de l'université de Strasbourg de m'avoir donné l'occasionde présenter ce cours. L'intérêt qu'il a suscité auprès de nos étudiants, leur plaisir à
consolider et enrichir leur connaissance de la physique au spectacle de sa mise en oeuvre dans l'évolution de l'Univers ont été pour moi une source de grande satisfaction. Qu'ils trouvent tous ici l'expression de ma reconnaissance et de ma sympathie. Je dois à Pierre Hemmerlé d'avoir fait naître chez moi le souhait de rassembler mes nombreuses notes polycopiées en une présentation plus cohérente qui puisse être plus largement proposée : un livre. Je lui en suis très reconnaissant. Qu'il soit vivement remercié aussi pour l'aide importante apportée tout au long de la prépara- tion de cet ouvrage et pour avoir grandement contribué à ce qu'il se présente fina- lement dans une forme littéraire digne de la langue française. Son soutien amical et chaleureux et celui de son épouse m'ont été précieux. Maxime Viallet a aimable- ment accepté d'intervenir pour la réalisation de quelques figures. Je l'en remercie vivement.9782100582693-Heyv-Avt.qxd 8/06/12 7:56 Page VRetrouver ce titre sur Numilog.com
Introduction
L'astrophysique a pour objectif de comprendre la physique de l'origine, de la structure et de l'évolution des astres et même celle de l'Univers dans son ensemble (la cosmologie). L'ambition de cet ouvrage est de donner une vision globale des principaux objets astrophysiques - les étoiles, les galaxies, l'Univers - et d'établir la synthèse entre leur nature d'une part, leur description et interprétation physiques d'autre part. Il apparaîtra chemin faisant que des aspects différents de la physique y interviennent simultanément. Cette complémentarité est l'un des attraits que peut présenter l'as- trophysique pour qui étudie la physique. Notre connaissance de l'Univers s'appuie sur des observations qui doivent être comprises et interprétées. Aujourd'hui tout le spectre électromagnétique est obser- vable, des ondes radio hectométriques aux rayons gamma d'énergie supérieure à100 TeV. L'observation spatiale a permis de surmonter les difficultés causées par
l'opacité atmosphérique à certaines longueurs d'onde. Nous assistons maintenant au développement d'une astronomie non photonique, qui détecte des messagers qui ne sont pas des photons. Depuis les années 1980 s'est développée une astronomie des neutrinos. Les flux de neutrinos solaires ont été observés, tout comme ceux de la supernova SN1987A, qui a explosé dans le grand nuage de Magellan. Depuis le milieu de la première décennie de ce siècle, l'obser- vatoire Pierre Auger, situé en Argentine, détecte des particules cosmiques dont l'énergie dépasse 10 19 électrons-volts ! Leur étude permettra d'identifier les plus puissants accélérateurs de particules de notre univers proche. Des instruments des- tinés à la détection des ondes gravitationnelles, les interféromètres Ligo et Virgo,ont été mis en service à la même époque, aux États-Unis et en Italie respectivement.
Les ondes gravitationnelles, dont l'existence est prévue par la théorie de la relativitégénérale, n'ont encore jamais été directement détectées. Elles témoignent des chan-
gements brutaux d'une gravitation très forte. Leur observation nous renseignera sur le déroulement de phénomènes très exotiques comme la fusion de deux étoiles à neutrons ou de deux trous noirs, qui ne dure que quelques millisecondes. Nous nous sommes limités dans ce livre, d'une part à l'étude de la physique des étoiles, des causes de leur évolution et de leur aboutissement à des formes d'astres ultracompacts, et d'autre part à l'étude de l'Univers à des stades précoces de son développement. La physique et l'exploration des astres du système solaire, la for- mation des étoiles, la structure et l'évolution des galaxies ainsi que les questionsrelatives à l'activité des astres ultracompacts ont été laissées de côté. L'espace limité
de l'ouvrage, mais aussi la volonté de concentrer l'étude sur des aspects très géné- raux de l'astrophysique sont les raisons de ce choix.9782100582693-Heyv-Intro.qxd 8/06/12 7:57 Page VIRetrouver ce titre sur Numilog.com
AVANT-PROPOSV
INTRODUCTIONVI
1 Une grande variŽtŽ 1
2 Distances des Žtoiles 1
3 Masses des Žtoiles2
5 Le diagnostic des rŽgions profondes 8
6 Diagramme de Hertzsprung et Russell 8
1 Les Žquilibres dÕune Žtoile 17
2 Les Žquations dÕŽquilibre 18
5 Microphysique et structure stellaire 24
1 Le transfert radiatif 27
3 Le transport photonique de la chaleur 37
4 La convection40
1 Importance de lÕŽquation dÕŽtat 47
3 Le postulat dÕentropie statistique maximum 54
1 Relation entre densitŽ et pression centrales 83
2 Sorts ultimes ˆ lÕissue de lÕŽvolution 86
3 Masses critiques et constantes fondamentales de la physique 88
4 LÕŽvolution thermique des astres 90
9782100582693-Heyv-TDM.qxd 8/06/12 12:17 Page VIIRetrouver ce titre sur Numilog.com
1 Taux des rŽactions nuclŽaires 95
3 La combustion de lÕhŽlium 107
4 Stades ultŽrieurs dÕŽvolution 113
2 Espace-temps et quadrigŽomŽtrie 127
3 VariŽtŽs riemanniennes 130
4 Vecteurs sur une variŽtŽ de Riemann 134
5 Tenseurs138
6 Objets quadrigŽomŽtriques physiques 141
1 Critique de la notion de rŽfŽrentiel dÕinertie 151
2 Vers une thŽorie relativiste de la chute libre 153
3 ThŽorie relativiste de la gravitation 156
4 La physique en prŽsence de gravitation 158
5 GŽodŽsiques159
7 Tenseur de Riemann-Christoffel 169
8 LÕŽquation dÕEinstein 174
9 Ondes gravitationnelles 179
CHAPITRE 9¥ ASTRES RELATIVISTES ET TROUS NOIRS 1851 Gravitation stationnaire et sphŽrique 185
3 La gravitation de Schwarzschild 193
4 La gravitation de Kerr 195
5 Orbites dans un champ de Schwarzschild 196
6 Gravitation de Schwarzschild et photons 202
7 Structure des astres relativistes froids 210
1 LÕUnivers, objet physique autogravitant 215
2 La mŽtrique de Robertson-Walker 216
3 Dynamique globale de lÕUnivers 222
4 LÕexpansion de lÕUnivers 228
9782100582693-Heyv-TDM.qxd 8/06/12 12:17 Page VIIIRetrouver ce titre sur Numilog.com
CHAPITRE 11¥ FAITS DÕOBSERVATION CONCERNANT LA COSMOLOGIE 2371 LÕUnivers extragalactique local 237
2 LÕexpansion de lÕUnivers 238
3 DŽcalage spectral et gŽomŽtrie universelle 241
4 LÕUnivers prŽgalactique et ses traces fossiles 250
5 Le fond diffus de rayonnement cosmologique 251
6 Structures de lÕUnivers proche 258
7 Le milieu intergalactique 261
8 Des anomalies de gravitŽ 262
9 Les thŽories MOND 273
10 Formations des galaxies 283
CHAPITRE 12¥ UNIVERS CHAUD ET PREMIERS NOYAUX 2891 DensitŽs dÕŽnergie dans lÕUnivers actuel 289
2 La notion de dŽcouplage 290
3 Entropie du milieu universel 294
5 Expansion de lÕUnivers chaud 298
6 Le passŽ des photons 301
7 Le passŽ des leptons 304
8 Le passŽ des neutrinos 308
9 Histoire du rapport neutrons-protons 311
CHAPITRE 13¥ CHAMPS DE JAUGE 323
2 ThŽorie lagrangienne des champs classiques 326
3 Champs de jauge 336
4 Le mŽcanisme de Higgs 346
CHAPITRE 14¥ LÕUNIVERS INFLATIONNAIRE 355
1 LÕidŽe dÕUnivers en inflation 355
2 Fluctuations thermiques et potentiel effectif 359
3 Une transition de phase dÕun vide ˆ un autre 362
4 LÕUnivers inflationnaire 366
6 Univers et Physique 376
BIBLIOGRAPHIE379
INDEX381
© Dunod. Toute reproduction non autorise est un dlit.9782100582693-Heyv-TDM.qxd 8/06/12 12:17 Page IXRetrouver ce titre sur Numilog.com
XValeurs numériques utiles
Valeurs numŽriques utiles
An 1 an3β1510
7 sConstante de Boltzmann
k B1β3811023
J K 1Constante de la gravitation G6β66810
11 m 3 kg 1 s 2Constante de Planckh6β626
1034J.s
Constante de Planck réduite
1β05410
34J.s
Constante de Stefan-Boltzmann
B5β66910
8 Jm 2 s1 K 4Charge du proton e1β60210
19 CLuminosité du Soleil
L3β9010
26Js 1 410
26
Js1
Masse de l'électron m
e9β10910
31kg
Masse du proton
m p1β67310
27kg
Masse du Soleil
M1β98910
30kg21030 kg
Parsec 1 pc
3β08510
16 mRayon du Soleil
R6β95910
8 m700000kmUnité Astronomique 1 UA
1β49610
11 m150106 kmVitesse de la lumière
c299792458 ms 1 3108 ms 1
9782100582693-Heyv-Table.qxd 8/06/12 7:58 Page XRetrouver ce titre sur Numilog.com
© Dunod. Toute reproduction non autorise est un dlit.Chapitre1
Les Žtoiles
Le Soleil est une Žtoile, beaucoup plus proche de nous que les autres. Ce fait, pres- senti par Descartes, nÕa pu tre dŽmontrŽ que lorsquÕau milieu du tance de certaines Žtoiles a pu tre mesurŽe et que lÕon a pu se rendre compte que le Soleil placŽ ˆ cette distance nous appara"trait avec un Žclat comparable ˆ celui de ces Žtoiles. Nous pouvons distinguer des dŽtails ˆ la surface du Soleil, mais les Žtoi- les sont gŽnŽralement vues comme des points lumineux. Ce que nous savons dÕelles repose sur lÕanalyse du rayonnement que nous en recevons, que nous pou- vons Žtudier par photomŽtrie ou spectromŽtrie. que par leur couleur. Certaines sont simples et dÕautres sont doubles (en orbite lÕune autour de lÕautre). La plupart ont une luminositŽ et une structure constantes dans le temps, mais certaines sont variables, parfois fortement, sur des Žchelles de temps qui peuvent se situer entre le jour et des dizaines dÕannŽes. La distance des Žtoiles les plus proches peut tre dŽterminŽe en mesurant un effet lÕobservateur situe lÕŽtoile dans lÕespace varie un peu avec sa position sur lÕorbitequotesdbs_dbs19.pdfusesText_25[PDF] cours d astronomie pour débutant
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