Un coup d’œil au ciel nocturne au-dessus de la terre montre que certaines étoiles sont beaucoup plus brillantes que d’autres. Cependant, la luminosité d’une étoile dépend de sa composition et de sa distance de la planète.
Les astronomes définissent la luminosité des étoiles en termes de magnitude apparente — la luminosité de l’étoile par rapport à la Terre — et de magnitude absolue — la luminosité de l’étoile à une distance standard de 32,6 années-lumière, ou 10 parsecs. (Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an-environ 6 billions de miles, ou 10 billions de kilomètres.,) Les astronomes mesurent également la luminosité – la quantité d’énergie (lumière) qu’une étoile émet à partir de sa surface.
mesurer la luminosité des étoiles est une idée ancienne, mais aujourd’hui les astronomes utilisent des outils plus précis pour obtenir le calcul.
du grec aux temps modernes
Il y a plus de 2 000 ans, L’astronome grec Hipparque a été le premier à faire un catalogue d’étoiles en fonction de leur luminosité, selon Dave Rothstein, qui a participé site « ask an astronomer » en 2003.,
« fondamentalement, il a regardé les étoiles dans le ciel et les a classées selon leur luminosité — les étoiles les plus brillantes étaient « magnitude 1 », les plus brillantes suivantes étaient « magnitude 2″, etc., jusqu’à » magnitude 6″, qui étaient les étoiles les plus faibles qu’il pouvait voir », a écrit Rothstein.
les yeux de l’Homme, cependant, ne sont pas très exigeants. De grandes différences de luminosité semblent en fait beaucoup plus petites en utilisant cette échelle, a déclaré Rothstein., Les appareils à couplage chargé (CCD) sensibles à la lumière à l’intérieur des appareils photo numériques mesurent la quantité de lumière provenant des étoiles et peuvent fournir une définition plus précise de la luminosité.
en utilisant cette échelle, les astronomes définissent maintenant la différence de cinq magnitudes comme ayant un rapport de luminosité de 100. Vega a été utilisé comme étoile de référence pour l’échelle. Initialement, il avait une magnitude de 0, mais une instrumentation plus précise l’a changé à 0,3.
magnitude apparente vs magnitude absolue
lorsque l’on prend la terre comme point de référence, cependant, L’échelle de magnitude ne tient pas compte des véritables différences de luminosité entre les étoiles. La luminosité apparente, ou la magnitude apparente, dépend de l’emplacement de l’observateur., Différents observateurs proposeront une mesure différente, en fonction de leur emplacement et de leur distance par rapport à l’étoile. Les étoiles plus proches de la Terre, mais plus faibles, pourraient sembler plus lumineuses que celles beaucoup plus lumineuses qui sont loin.
« c’est la » vraie « luminosité — avec la dépendance à la distance prise en compte — qui nous intéresse le plus en tant qu’astronomes », a déclaré un cours en ligne sur l’astronomie de l’Université du Tennessee.,
« Par conséquent, il est utile d’établir une convention selon laquelle nous pouvons comparer deux étoiles sur le même pied, sans que les variations de luminosité dues à des distances différentes compliquent le problème. »
la solution a été de mettre en œuvre une échelle de magnitude absolue pour fournir une référence entre les étoiles. Pour ce faire, les astronomes calculent la luminosité des étoiles telles qu’elles apparaîtraient si elles se trouvaient à 32,6 années-lumière, ou à 10 parsecs de la Terre.
Une autre mesure de la luminosité est la luminosité, qui est la puissance d’une étoile — la quantité d’énergie (lumière) qu’une étoile émet de sa surface., Il est généralement exprimé en watts et mesuré en termes de luminosité du soleil. Par exemple, la luminosité du Soleil est de 400 trillions de trillions de watts. L’une des étoiles les plus proches de la Terre, Alpha Centauri A, est environ 1,3 fois plus lumineuse que le soleil.
Pour comprendre la luminosité de magnitude absolue, on doit calculer une différence de cinq sur la magnitude absolue de l’échelle est équivalent à un facteur 100 sur la luminosité de l’échelle — par exemple, une étoile avec une magnitude absolue de 1 est 100 fois plus lumineuse qu’une étoile avec une magnitude absolue de 6.,
limites de la magnitude absolue
bien que l’échelle de magnitude absolue soit le meilleur effort des astronomes pour comparer la luminosité des étoiles, il y a quelques limitations principales qui ont à voir avec les instruments qui sont utilisés pour la mesurer.
Tout d’abord, les astronomes doivent définir la longueur d’onde de la lumière qu’ils utilisent pour effectuer la mesure. Les étoiles peuvent émettre des rayonnements sous des formes allant des rayons X à haute énergie au rayonnement infrarouge à basse énergie. Selon le type d’étoile, ils pourraient être brillants dans certaines de ces longueurs d’onde et plus gradateurs dans d’autres.,
pour résoudre ce problème, les scientifiques doivent spécifier la longueur d’onde qu’ils utilisent pour effectuer les mesures de magnitude absolue.
une Autre limitation clé est la sensibilité de l’instrument utilisé pour faire la mesure. En général, comme les ordinateurs ont avancé et que la technologie des miroirs de télescope s’est améliorée au fil des ans, les mesures effectuées ces dernières années ont plus de poids parmi les scientifiques que celles effectuées il y a longtemps.
paradoxalement, les étoiles les plus brillantes sont parmi les moins étudiées par les astronomes, mais il y a au moins un effort récent pour cataloguer leur luminosité., Une constellation de satellites appelée BRITE (BRight Target Explorer) mesurera la variabilité de la luminosité entre les étoiles. L’Autriche, le Canada et la Pologne participent au projet à six satellites. Les deux premiers satellites ont été lancés avec succès en 2013.
étoiles variables
bien que de nombreuses étoiles aient une luminosité constante, il existe plus de 100 000 étoiles variables connues et cataloguées. (Même notre propre soleil est variable, variant sa production d’énergie d’environ 0,1 pour cent, ou un millième de sa magnitude, au cours de son cycle solaire de 11 ans.,) Les étoiles variables sont soit intrinsèques (ce qui signifie que leur luminosité change en raison de caractéristiques telles que l’expansion, la contraction, l’éruption ou la pulsation) ou extrinsèques (ce qui signifie qu’une étoile ou une planète passe devant l’étoile et bloque la lumière, ou que le changement est dû à la rotation stellaire.)
Les étoiles peuvent également changer de luminosité au fil du temps. L’étoile polaire ou Polaris, par exemple, aurait pu être jusqu’à 4,6 fois plus lumineuse dans les temps anciens qu’elle ne l’était aujourd’hui. Une étude de 2014 a noté que l’étoile s’est assombrie au cours des dernières décennies, mais qu’elle s’est ensuite considérablement éclaircie., Polaris fait partie de la classe des variables Céphéides, qui sont des étoiles extrêmement lumineuses qui ont de courtes périodes de pulsation. Les variations de luminosité permettent aux astronomes de calculer la distance de ces Céphéides, ce qui en fait des « bâtons de mesure » utiles si les étoiles sont encastrées dans des galaxies ou des nébuleuses.
D’autres types d’étoiles variables intrinsèques incluent des variables cataclysmiques (qui s’éclaircissent en raison d’explosions, comme lors d’explosions de supernovae) ou des variables éruptives (dont la luminosité varie pendant les éruptions à la surface, ou des combinaisons avec de la matière interstellaire.,) Les variables extrinsèques comprennent les étoiles binaires à éclipses et les étoiles en rotation (telles que les pulsars, les noyaux de supernova dont le rayonnement électromagnétique n’est visible que lorsque le faisceau est dirigé vers la Terre.)