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Astronomie : par quels moyens les astronomes calculent-ils la masse d'une étoile ?

(lien avec le programme de terminale : les satellites (d'après Science & Vie n°1065 juin 2006) :

"Sans doute le savez vous déjà, mais la simple observation d'un objet très lointain ne permet pas de déterminer sa masse. Pour se faire, il faut ruser. En l'occurence, les astronomes s'appuient sur l'étude des systèmes d'étoiles doubles, soit deux étoiles en orbite l'une autour de l'autre, le seul cas où l'on peut déterminer de façon précise la masse d'un astre. En effet, observer les mouvements de ces deux étoiles permet de connaître leurs caractéristiques orbitales. Or, une série de lois dites "de Kepler", du nom du célèbre astronome qui les a édictées au début du XVII^e siècle, stipulent que ces caractéristiques (période de rotation et demi-grand axe) sont proportionnelles aux masses des corps en orbite. L'observation permet donc, dans ce cas précis, de calculer "directement" les masses. La première étoile à avoir bénéficié de cette méthode est notre Soleil - ceci au XVII^e siècle, probablement par Newton. Certes, il ne s'agit pas d'une étoile double, mais on connaît très bien les orbites des planètes qui lui tournent autour. Ainsi la masse du Soleil atteint la bagatelle de 2.10³⁰ kg, soit environ 330 000 fois celle de la Terre. On le voit, rien de plus "simple"que de calculer la masse d'une étoile dès lors qu'elle est en intéraction gravitationnelle avec un autre astre dont on connaît l'orbite. Le problème devient plus délicat avec les étoiles isolées. Car ici, il faut s'appuyer sur l'observation des étoiles doubles, puis faire appel à une méthode indirecte, née il y a environ un siècle, quand les astronomes ont trouvé une relation physique qui permet de relier quantitativement la masse d'une étoile à sa luminosité (la quantité de lumière émise) et à sa couleur (la longueur d'onde de cette lumière). Cette relation fonctionne pour les étoiles isolées qui sont dans ce que les scientifiques appellent la "séquence principale". C'est-à-dire en "phase adulte" de leur vie, comme l'est notre Soleil et comme il en existe des milliards dans notre galaxie.

Un indice : la luminosité

Cette séquence principale, c'est la période pendant laquelle l'étoile brûle son hydrogène en fabriquant de l'hélium. La relation appliquée traduit le fait que plus l'étoile brille, plus elle est massive. En effet, plus une étoile est lourde, plus en son centre la pression qui doit résister à ce poids doit être forte. En conséquence, les réactions nucléaires se font à un rythme élevé, d'où une libération d'énergie et une luminosité plus importantes. Ainsi, connaissant d'une part, les masses de chacune des étoiles des systèmes doubles et, d'autre part, observant leur luminosité et couleur respectives, on peut établir des étalons de référence. Etalons qu'il suffit alors de comparer aux caractéristiques d'une étoile isolée pour en déterminer la masse. Oui, mais si l'étoile sort de la séquence principale, cette relation n'est plus valable. C'est le cas lorsqu'elle a épuisé son hydrogène et devient une géante rouge, ou encore lorsqu'elle se transforme ensuite en naine blanche. Danc ces deux cas, il n'existe pas assez de données d'observation pour appliquer la relation. Idem pour les étoiles géantes, dont la masse est est supérieure à 25 masses solaires : elles sont trop massives pour être décrites dans la séquence principale. Enfin, concernant les naines brunes, elles brillent très peu, voire pas du tout. Du coup, seules les conditions physiques de leur formation permettent d'estimer leur masse."

Mécanique des fluides : le rebond du shampoing a enfin été élucidé

Voici enfin une explication à un phénomène qui m'a toujours intrigué !!! D'après Science & Vie n°1065 juin 2006

"Des chercheurs néerlandais ont percé à jour l'étrange comportement des liquides dits "shear-thinning", dont la viscosité diminue lorsqu'on les frotte, comme le savon liquide, le shampoing, ou même le ketchup ! Quand on verse ces liquides sur une surface, un jet s'élève, comme si le liquide rebondissait. Observé pour la première fois en 1963, ce phénomène ("l'effet Kaye") n'avait encore jamais été étudié. Il faut dire qu'il se déroule en 300 ms, il est donc difficilement observable à l'oeil nu. Mais Michel Versluis et ses collègues de l'université de Twente (Pays-Bas) ont réussi à l'analyser en le filmant avec une caméra ultrarapide. Ils ont ainsi prouvé que la composition de ces liquides entraînait une lubrification du tas formé sur la surface, permettant au jeu de rebondir comme sur un trampoline."