Magnitude absolue - Définition et Explications

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 années-lumière). Pour les objets du système solaire, la distance de référence est 1 unité astronomique (L’unité astronomique (symbole ua) correspond approximativement à la longueur du demi-grand...). La magnitude absolue (En astronomie, la magnitude absolue d'un objet céleste est la magnitude de cet objet s'il était...) est une mesure de la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) intrinsèque d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) (au contraire de la luminosité apparente qui dépend de la distance réelle de l'objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) par rapport au Soleil).

Définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...)

Par définition de l'Union astronomique internationale (L’Union astronomique internationale (UAI ; en anglais International Astronomical Union,...), " la magnitude absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un...) d'un objet est la magnitude que verrait un observateur situé à une distance d'exactement 10 parsecs [Note : 32,6 années-lumière] de cet objet ".

La magnitude absolue est ainsi une échelle logarithmique (Une échelle logarithmique est un système de graduation sur une demi-droite [Ox),...) directement liée à la luminosité de l'étoile. La définition de la magnitude absolue s'écrit en termes mathématiques :

M = -2,5\, \log L  + C

L est la luminosité de l'étoile et C une constante. Comme c'est une échelle logarithmique inversée, une valeur numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information...) faible voire négative correspond à des objets plus lumineux que ceux avec une valeur numérique élevée.

Selon que la luminosité est calculée sur une bande spectrale (En astronomie, une bande spectrale désigne une partie du spectre électromagnétique que laisse...) bleue B (autour de 436 nm) ou visible V (aux alentours de 545 nm), la magnitude absolue est notée MB ou MV. La constante est choisie aujourd'hui telle que les magnitudes absolues du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) dans les bandes B et V soient MB = 5,48 et MV = 4,83.

Quand on considère la totalité du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement...), des ondes radio aux rayons gammas, et pas seulement une bande spectrale donnée (Dans les technologies de l'information, une donnée est une description élémentaire,...), on parle de luminosité bolométrique, et donc de magnitude bolométrique.

Les magnitudes absolues des étoiles s'étendent généralement de -10 à +17 en fonction de leur type spectral : une supergéante bleue a une magnitude absolue descendant jusqu'à -10 tandis qu'une naine rouge (En astronomie, les naines rouges sont les étoiles les moins massives ; en-deçà, ce sont les...) en a une pouvant aller jusqu'à +17. Le Soleil avec une magnitude absolue de +4,8 se situe à peu près à mi-chemin de ces deux extrêmes.

Magnitude apparente (En astronomie, la magnitude apparente mesure la luminosité — depuis la Terre — d'une...) et distance

La comparaison de la magnitude absolue avec la magnitude apparente (qui est la magnitude observée effectivement sur Terre) permet une estimation de la distance de l'objet. Suivant la décroissance de la luminosité avec le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) de la distance, on obtient:

m - M = 5\, \log( D ) - 5

m est la magnitude réelle apparente, M la magnitude absolue et D la distance exprimée en parsecs. La valeur μ = mM est aussi appelée module de distance, ce dernier étant plus souvent utilisé pour les objets extra-galactiques.

Pour avoir la magnitude absolue, il faut des modèles stellaires, et connaître la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) de l'étoile (qui peut s'obtenir à partir de l'indice de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...), qui n'est autre que la différence des magnitudes apparentes d'un objet dans deux bandes spectrales différentes).

Dans la pratique, la seule quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) aisément accessible est évidemment la magnitude observée, qui est en fait la combinaison (Une combinaison peut être :) de la magnitude apparente et de l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise...) interstellaire: m = mr = mobsA, où A est l'absorption.

La connaissance de l'absorption est souvent critique. L'absorption modifie la luminosité réelle de l'objet, à cause de la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) par les grains de poussière interstellaire. La distribution chaotique des grains dans l'espace rend extrêmement difficile l'estimation de l'absorption interstellaire, puisque celle qui est valable dans une direction donnée pour un objet donné, peut être significativement différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) pour l'étoile d'à côté (en faisant l'hypothèse que les deux étoiles sont à la même distance). De plus, à cause de l'effet de diffusion, l'absorption dépend de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...), et est donc un effet chromatique (voir article détaillé).

Donc, en pratique, l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...) s'écrit comme suit:

m_{obs} - M - A = 5\, \log( D ) - 5

et seule la valeur de mobs est facile à mesurer.

Magnitude absolue des objets du Système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...)

Dans ce cas particulier, la distance de référence n'est pas 10 parsec (Le parsec (symbole pc) est une unité de longueur utilisée en astronomie. Son nom vient de la...), mais une unité astronomique.

Les objets du système solaire comme les planètes, les comètes ou les astéroïdes ne font que réfléchir la lumière qu'ils reçoivent du soleil et leur magnitude apparente dépend donc, non seulement de leur distance à la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), mais aussi de leur distance au Soleil. La magnitude absolue de ces objets est donc définie comme leur magnitude apparente s'ils étaient situés à une unité astronomique du soleil et une unité astronomique de la terre, tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) en étant avec un angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr,...) degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines...) (" plein lune ", toute la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) visible depuis la terre est éclairée).

Pour un corps situé à une distance r de la Terre et a du soleil, la relation entre sa magnitude (relative) m et sa magnitude absolue, notée H, est donnée par la formule :

m = H + 5\, \log(r) + 5\, \log(a) - 2,5\, \log \chi

χ représente la phase de l'objet (χ = 1 pour la pleine lune (La pleine Lune est la phase lunaire durant laquelle la Lune apparaît la plus brillante depuis...), 0,5 pour un quartier et 0 pour la nouvelle lune) ; r et a doivent être exprimées en unités astronomiques.

Il est à noter que la situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un...) décrite par la définition de la magnitude absolue est physiquement impossible : l'angle de phase est de 30 degrés pour un astre sphérique à une unité astronomique de la Terre et du soleil. Elle doit être considérée comme une référence — et elle se trouve donner le bon ordre de grandeur pour le résultat observé.

Objets célestes très lumineux

De nombreuses étoiles visibles à l'œil nu ont une magnitude absolue telle que ces étoiles, si elles étaient effectivement éloignées de seulement 10 parsec, seraient plus brillantes que les planètes. C'est le cas des supergéantes Rigel (Rigel est l'étoile β de la constellation d'Orion.) (-7,0), Deneb (Deneb est un mot dérivé de l'arabe ??? (ðanab), qui signifie « queue ». Ce terme se...) (-7,2), Naos (-7,3) et Bételgeuse (Le terme Bételgeuse fait référence à:) (-5,6). À titre de comparaison, l'objet le plus brillant du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) après le Soleil (qui a une magnitude apparente de -26.73) est Vénus avec une magnitude apparente de -4,3 ; la pleine lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...) est de magnitude apparente -12.

Le dernier objet céleste (Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès et...) dont la magnitude apparente fut comparable à la magnitude absolue des trois objets ci-dessus était une supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une...) qui se produisit en 1054 (et nommée SN 1054) et dont aujourd'hui il ne subsiste qu'une nébuleuse planétaire (En astronomie, une nébuleuse planétaire est un objet astronomique qui ressemble à un...), la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un...) du Crabe (Crabe est un nom vernaculaire ambigu utilisé en français pour désigner de nombreuses...), et un pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très...). Les astronomes de l'époque rapportèrent que la luminosité de cet objet était si grande qu'ils pouvaient lire en pleine nuit, voir les ombres portées de sa lumière et l'observer en plein jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...).

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