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Luminosité

Introduction

Bien que beaucoup plus petit que le Soleil (quelques dizaines de kilomètres contre plus d'un million de kilomètres de diamètre), le pulsar du Crabe est des centaines de milliers de fois plus lumineux que le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de...), éclairant de l'intérieur la nébuleuse du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses espèces de crustacés décapodes, pour...), qui mesure pourtant plus d'une dizaine d'années-lumière.

La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.

Plusieurs définitions et systèmes d'unités

En astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue...), elle représente la quantité totale d'énergie rayonnée (dans le domaine électromagnétique) par unité de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) par un astre. Elle représente donc la brillance réelle de l'astre, et non son éclat apparent qui lui dépend de la distance. Elle a les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son...) d'une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) et s'exprime dans le système international d'unités en watts. Cependant, la tradition veut que souvent en astronomie on l'exprime dans le système cgs, c'est-à-dire en erg par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature...), la conversion se faisant selon la formule :

1\;{\rm erg}/{\rm s} = 10^{-7}\;{\rm W}.

L'expression de la luminosité en unités SI ou cgs n'est cependant pas systématique. Elle l'est à peu près dans les domaines radio et X mais dans le domaine visible et l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus...) elle est également souvent donnée en termes de magnitude absolue (En astronomie, la magnitude absolue d'un objet céleste est la magnitude de cet objet s'il était placé à une distance de référence fixée à 10 parsecs (environ 32,6...), qui est une expression de l'opposé du logarithme (En mathématiques, une fonction logarithme est une fonction définie sur à valeurs dans , continue et transformant un produit en somme. Le...) du rapport entre la luminosité de l'astre et la luminosité d'un astre de référence. Cette convention curieuse (un astre a une luminosité d'autant plus grande que sa magnitude est faible) résulte de raisons historique, et de la tentative d'effectuer une formulation (La formulation est une activité industrielle consistant à fabriquer des produits homogènes, stables et possédant des propriétés spécifiques, en...) moderne de la classification faite par les astronomes de la Grèce antique des astres en termes de « grandeur », les astres les plus brillants étant dits de première grandeur et les moins brillants de cinquième grandeur.

Une autre expression de la luminosité se fait en unités de la luminosité solaire, de façon à éviter de manier des grands nombres (la luminosité typique d'une étoile étant de l'ordre de celle du Soleil, soit 4×1026 W). On note alors

L = A L_{\odot},

A étant une constante numérique et L_{\odot} le symbole de la luminosité solaire.

Classifications stellaires

Dans le domaine de la physique stellaire (La physique stellaire est la branche de l'astrophysique qui étudie les étoiles. Elle fait intervenir des connaissances issues de la physique nucléaire,...), il est souvent intéressant de positionner un astre dans un diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données...) donnant sa luminosité en fonction de sa température. La position d'une étoile sur un tel graphe (Le mot graphe possède plusieurs significations. Il est notamment employé :), appelé diagramme de Hertzsprung-Russell (En astronomie, le diagramme de Hertzsprung-Russell montre la relation entre la magnitude absolue et le type spectral d'étoiles. Il a...) permet de déterminer le type d'étoile observée ainsi que son stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un...) d'évolution. Par exemple, c'est historiquement par le biais de ce diagramme que les naines blanches ont pu être classifiées comme une classe très particulière d'astres, bien moins lumineux que des astres ordinaires de même température. On distingue ainsi sur ce graphe les étoiles dites de la séquence principale (dont l'énergie est issue de la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur,...) nucléaire d'hydrogène en hélium et celles de la branche de géantes rouges, qui sont à un stade plus avancé où le cœur produit du carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) voire d'autres éléments plus lourds à partir d'hélium.

Luminosité d'une étoile

Il existe une relation entre température de surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) (T), rayon (R) et luminosité (L) d'un astre, qui s'écrit

L = 4πR2σT4,

σ étant la constante de Stefan-Boltzmann (La constante de Stefan-Boltzmann (du nom des physiciens Jo?ef Stefan et Ludwig Boltzmann), notée (la lettre grecque sigma), intervient pour exprimer la relation entre la température et...). La luminosité d'un astre est connue quand son éclat vu depuis la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus...) l'est (magnitude apparente) ainsi que sa distance. La température est en principe mesurable par spectroscopie. Cette relation permet ainsi de déterminer le rayon d'un astre. Historiquement, cette relation a par exemple permis de déterminer le rayon d'astres très compacts (et donc très peu lumineux pour leur température) comme les naines blanches. Cette méthode est également utilisable dans le domaine des rayons X pour déterminer le rayon d'astres bien plus chauds et bien plus compacts comme les étoiles à neutrons, permettant ainsi de contraindre leur structure en établissant des contraintes sur la relation entre leur masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du...) et leur rayon qui par suite donne des indications sur l'équation d'état de ces objets.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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