Les Pléiades sont un amas ouvert d’étoiles jeunes située dans la constellation du Taureau.

L’astrophysique (L’astrophysique est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et...) est une branche interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de l'astronomie (Avec plus de 6 000 ans d'Histoire, l'astronomie est probablement la plus ancienne des sciences naturelles, ses origines...) qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers (On nomme univers l'ensemble de tout ce qui existe, comprenant la totalité des êtres et des choses (celle-ci comprenant...) (étoiles, planètes, galaxies, milieu interstellaire (En astronomie, le milieu interstellaire est le gaz raréfié qui, dans une galaxie, existe entre les étoiles et leur...) par exemple), comme leur luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.), leur densité (La densité est un nombre sans dimension, égal au rapport d'une masse d'une substance homogène à la masse du même volume...), leur température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...) et leur composition chimique.

Actuellement, les astronomes ont une formation en astrophysique et leurs observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide...) sont généralement étudiées dans un contexte (Étape →3/5 : Une relecture a été demandée. • Si vous voyez des erreurs de traduction, vous pouvez...) astrophysique, de sorte qu'il y a moins de distinction entre ces deux disciplines qu'auparavant.

Disciplines de l'astrophysique

Il existe différentes disciplines en astrophysique :

• Cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.)
• Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la...)
• Exobiologie (L'exobiologie (aussi appelée astrobiologie par les anglo-saxons) est une science interdisciplinaire qui a pour objet...)
• Instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :)
• Physique stellaire (La physique stellaire est la branche de l'astrophysique qui étudie les étoiles. Elle fait intervenir des connaissances...)
• Héliosismologie (L'héliosismologie est la discipline de l'astrophysique qui étudie les mouvements sismiques du Soleil.) et astérosismologie
• Physique du milieu interstellaire
• Plasmas astrophysiques
• Physique galactique (La physique galactique est la science de l'étude de la composition, de la formation et de la dynamique des galaxies et...)
• Technologies de propulsion (La propulsion est le principe qui permet à un corps de se mouvoir dans son espace environnant. Elle fait appel à un...) (spatiale)
  • propulsion par l'antimatière (Il s'agit ici d'une approche plus "philosophique" sur les questions posées par l'antimatière, ou sur ses applications...)
  • propulsion plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et...)

L’astrophysique étant un sujet très vaste, les astrophysiciens utilisent généralement plusieurs disciplines de la physique, dont la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies,...), l’électromagnétisme (L'électromagnétisme est une branche de la physique qui fournit un cadre très général d'étude des phénomènes électriques...), la mécanique statistique (Une statistique (par opposition à la statistique) est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'une population....), la thermodynamique (On peut définir la thermodynamique de deux façons simples : la science de la chaleur et des machines thermiques ou...), la mécanique quantique (Fille de l'ancienne théorie des quanta, la mécanique quantique constitue le pilier d'un ensemble de théories physiques...), la relativité, la physique nucléaire (La physique nucléaire est la description et l'étude du principal constituant de l'atome : le noyau atomique. On...), la physique des particules, la physique atomique et moléculaire.

Historique

Copernic (1473-1543).

Aussi loin que remontent les données historiques, on y trouve des preuves de l’existence de l’astronomie. Pendant longtemps, l’astronomie était une discipline bien distincte de la physique. Dans la pensée aristotélicienne, le monde (Le mot monde peut désigner :) céleste tendait à la perfection, avec les corps célestes qui semblaient être des sphères parfaites circulants sur des orbites parfaitement circulaires, alors que le monde terrestre semble condamné à l’imperfection. Ces deux mondes ne pouvaient donc pas être liés.

Aristarque de Samos (310 av. J.-C.) - 250 av. J.-C.) fut le premier à mettre en avant l’idée selon laquelle le mouvement des corps célestes pouvait s’expliquer par la rotation des planètes du système solaire (Le système solaire est le nom donné au système planétaire composé du Soleil et des objets célestes gravitant autour de...) (dont la Terre) autour du Soleil. Malheureusement, à l’époque, la vision géocentrique de l’univers prévalait et la théorie héliocentrique d’Aristarque fut déclarée farfelue et hérétique. Cette vision resta en place jusqu’à ce qu’un astronome nommé Nicolas Copernic ressuscitât le modèle héliocentrique au XVI^e siècle. En 1609, grâce à la lunette astronomique (Une lunette astronomique est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente et la luminosité des...) qu'il avait inventé, Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un...) découvrit les quatre lunes les plus brillantes de Jupiter, et démontra qu’elles tournaient tout autour de cette planète (Selon la dernière définition de l'Union astronomique internationale (UAI), « une planète est un corps céleste (a)...). Cette découverte était en complète contradiction (Une contradiction existe lorsque deux affirmations, idées, ou actions s'excluent mutuellement.) avec le dogme de l’Église (L'église peut être :) catholique de l’époque. Il n’échappa à une peine sévère qu’en prétendant que son œuvre n’était que pur travail mathématique et donc purement abstrait, contrairement à la philosophie naturelle (la physique).

Newton (1642-1727).

À partir des données précises d’observations (principalement en provenance de l’observatoire de Tycho Brahe), des recherches ont été menées pour trouver une explication théorique au comportement observé. Dans un premier temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...), seules des lois empiriques ont été formulées, telles que les lois de Kepler sur le mouvement planétaire au début du XVII^e siècle. Quelques années plus tard, Isaac Newton (Sir Isaac Newton était un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais né le 4 janvier 1643 du calendrier...) réussi à faire le lien entre les lois de Kepler et la dynamique de Galilée. Il découvrit en effet que les mêmes lois régissaient la dynamique des objets sur Terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...) et le mouvement des astres dans le système solaire. La mécanique céleste (Astronomie > Système solaire), application de la gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) newtonienne et des lois de Newton pour expliquer les lois de Kepler sur les mouvements des planètes, fut la première unification de l’astronomie et de la physique.

Après qu’Isaac Newton eut publié son livre, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, la navigation maritime (La navigation maritime concerne toute les activités humaines de circulation sur les mers et océans. On parle de...) changea radicalement. À partir de 1670, le monde entier était mesuré à partir d’instruments modernes donnant la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre...) et d’horloges. Les besoins de la Marine poussaient à l’amélioration progressive des instruments et des observations astronomiques, donnant ainsi davantage de données aux scientifiques.

À la fin du XIX^e siècle, on découvrit que la lumière (La lumière désigne les ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des...) du Soleil pouvait se décomposer en un spectre de lignes colorées. Des expériences avec des gaz chauffés montrèrent par la suite que les mêmes lignes étaient présentes dans leur spectre. Ces lignes spécifiques correspondaient à un élément chimique unique. Ceci fut la preuve que les éléments chimiques présents dans le Soleil pouvaient être trouvés sur Terre. En effet, l’hélium (Table complète - Table étendue) fut d’abord découvert dans le spectre du Soleil, d’où son nom, et seulement ensuite sur la Terre. Au XX^e siècle, la spectroscopie (l’étude de ces lignes spectrales) se développa, notamment grâce aux avancées de la physique quantique qui pouvait expliquer les observations expérimentales et astronomiques.^[1]

Physique observationnelle

NGC 4414, une galaxie spirale (Cet article ou cette section doit être recyclé. Sa qualité devrait être largement améliorée en le réorganisant et en le...) de la constellation Coma Berenices, de 56 000 années-lumière de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du...) et située à 60 millions d'années-lumière.

La majorité des observations en astrophysique sont effectuées en utilisant le spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en...).

• La radioastronomie (La radioastronomie est une branche de l'astronomie qui s'occupe de l'observation du ciel dans le domaine des ondes...) étudie les radiations cosmiques qui ont une longueur (La longueur d’un objet représente la distance entre deux de ses extrémités, les plus éloignées possibles. Lorsque...) d’onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible de propriétés...) supérieure à quelques millimètres. Les ondes radios sont généralement émises par les objets froids, comme les gaz interstellaires ou les nuages de poussière. La radiation (Le rayonnement est un transfert d'énergie sous forme d'ondes ou de particules, qui peut se produire par rayonnement...) micro-onde (Les micro-ondes sont des ondes électromagnétiques de longueur d'onde intermédiaire entre l'infrarouge et les ondes de...) du fond diffus cosmologique (Le fond diffus cosmologique est un rayonnement électromagnétique provenant de l'Univers, et qui frappe la Terre de...) provient de la lumière du Big-Bang (Le Big Bang[1] désigne l’époque dense et chaude qu’a connue l’univers il y a environ 13,7 milliards...) qui subit un décalage vers le rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Les pulsars ont été détectés en premier par les fréquences micro-ondes. L’étude de ces fréquences nécessite de très gros radiotélescopes.
• L’astronomie infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la...) étudie les radiations dont la longueur d’onde est trop grande pour être visible et plus petite que les ondes radio (A supprimer). Les observations en infrarouge sont généralement faites avec des télescopes similaires aux télescopes optiques. Les objets étudiés à l'infrarouge sont plus froids que des étoiles, comme les planètes par exemple.
• L’astronomie optique est la forme la plus ancienne d’astronomie. Les instruments les plus courants sont les télescopes associés à un capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable,...) à charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de...) couplée ou des spectroscopes. Comme l’atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre interfère quelque peu avec les observations faites, l’optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et...) et les télescopes spatiaux ont fait leur apparition afin d’obtenir la meilleure qualité d'image possible. À cette échelle, les étoiles sont très visibles, et beaucoup de spectres chimiques peuvent être observés dans la composition chimique d’étoiles, de galaxies ou de nébuleuses.
• L’astronomie à ultraviolet (Le rayonnement ultraviolet (UV) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde intermédiaire entre celle de...), à rayons X ou à rayon gamma (Les rayons gamma, symbolisés par la lettre grecque γ, sont une forme de rayonnement électromagnétique de haute...) étudie les phénomènes très énergétiques tels que les pulsars binaires, les trous noirs ou les magnétars. Ces radiations pénètrent difficilement l’atmosphère de la Terre, il n’y a donc que deux possibilités pour les exploiter, les télescopes spatiaux et les télescopes Cherenkov atmosphériques. Le RXTE, le télescope (Un télescope (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir ») est un...) à rayons X Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette spatiale Columbia lors de la...) et l’observatoire à rayons gamma Compton sont des observatoires du premier type. Le système stéréoscopique de haute énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la...) (HESS) et le télescope MAGIC font partie de la deuxième catégorie.

Mis à part les radiations électromagnétiques, seulement très peu de choses situées à grande distance peuvent être observées depuis la Terre. Quelques observatoires d’ondes gravitationnelles ont été construits mais ces ondes sont très difficiles à détecter. On trouve également quelques observatoires de neutrinos pour l’étude du Soleil, principalement. Les rayons cosmiques sont des particules de haute énergie qui sont observées lorsqu'elles heurtent l’atmosphère terrestre.

Les observations diffèrent également sur l'échelle de temps qu’elles considèrent. La plupart des observations optiques s'étalent sur plusieurs minutes ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. ...), voire sur plusieurs heures (L'heure est une unité de mesure  :), de sorte que les phénomènes qui évoluent plus rapidement que cet intervalle de temps ne sont pas visibles. Cependant, les données historiques de quelques objets s’étendent sur des siècles ou des millénaires. D'autre part, les observations radio se focalisent sur des événements à l’échelle de la milliseconde (pulsar milliseconde) ou combine les données de plusieurs années (études de la décélération des pulsars). Les informations obtenues à ces différentes échelles permettent d'accéder à des résultats différents.

L’étude de notre propre Soleil tient une place particulière dans l’astrophysique observationnelle. Du fait de l'énorme distance à laquelle se trouvent les autres étoiles, les détails que l’on peut acquérir sur le Soleil sont sans commune mesure avec ce que l’on pourrait observer sur les autres étoiles. La compréhension de notre Soleil sert ainsi de guide à notre connaissance des autres étoiles.

L’évolution stellaire, le sujet qui étudie comment changent les étoiles, est souvent modélisée en plaçant les différents types d’étoiles à leur position sur le diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des...) de Hertzsprung-Russell. Ce diagramme représente l’état d’un objet stellaire, de sa naissance à sa disparition. La composition matérielle des objets astronomiques peut souvent être étudiée en utilisant :

• la spectroscopie
• la radioastronomie
• l’astronomie neutrino (Le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules.)

Astrophysique théorique (L'astrophysique théorique est une discipline qui cherche à expliquer les phénomènes observés par les astronomes en des...)

Radiotélescope (Un radiotélescope est un télescope spécifique utilisé en radioastronomie pour capter les ondes radioélectriques émises...) d'Effelsberg, en Allemagne.

Les astrophysiciens utilisent une grande variété d’outils comme les modèles analytiques (tels que les polytropes pour obtenir le comportement approximatif d’une étoile) ou la simulation numérique sur ordinateur. Chaque outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans...) a ses avantages. Les modèles analytiques d’un processus sont généralement meilleurs pour obtenir le fonctionnement interne. Les modèles numériques, eux, peuvent révéler l’existence de phénomènes et d’effets qui ne pourraient être vus autrement.^[2][3]

Les théoriciens en astrophysique essayent de créer des modèles théoriques et de comprendre les conséquences observables de ces modèles. Ceci aide les observateurs à rechercher les données qui peuvent réfuter un modèle ou aider dans le choix entre plusieurs alternatives ou modèles contradictoires.

Les théoriciens essayent également de produire ou modifier des modèles pour tenir compte de nouvelles données. En cas de contradiction, la tendance générale est d'essayer de faire des modifications minimes du modèle pour l'adapter aux données. Dans certains cas, une grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre...) de données incohérentes à répétition peut mener à l'abandon total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le...) d'un modèle.

Les sujets étudiés par les théoriciens en astrophysique incluent l’évolution et la dynamique stellaire, la formation des galaxies, les structures matérielles à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et...) de l’Univers, l’origine des rayons cosmiques, la relativité générale (La relativité générale est une théorie relativiste de la gravitation. Dans ce cadre, la présence d'une masse déforme...) et la cosmologie physique, avec l’aide de la théorie des cordes et la physique des particules. L’astrophysique relativiste sert d’outils pour évaluer les propriétés des structures à grande échelle. Pour ces structures, la gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) joue un rôle important dans les phénomènes physiques étudiés et sert de base pour la physique des trous noirs et l’étude des ondes gravitationnelles.

Parmi les théories étudiées et les modèles reconnus en astrophysique, on peut trouver le modèle lambda-CDM qui incluse le Big-bang, l’inflation cosmique (L'inflation cosmique est un modèle cosmologique s'insérant dans le paradigme du Big Bang lors duquel une région de...), la matière noire (En astrophysique, la matière noire (ou matière sombre) désigne la matière apparemment indétectable, invoquée pour...) et les théories fondamentales de la physique.

Quelques exemples de processus :

L'énergie sombre (Cet article ou cette section doit être recyclé. Sa qualité devrait être largement améliorée en le réorganisant et en le...) et la matière noire sont actuellement les principaux sujets de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de...) en astrophysique, étant donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) que leur découverte et la controverse sur leur existence est issue de l'étude des galaxies.

Notes et références

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article de Wikipédia en anglais : « Astrophysics »