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Un arc-en-ciel se levant sur une forêt brumeuse

Un arc-en-ciel se levant sur une forêt brumeuse. (Crédit : U.S. Fish and Wildlife Service)

Un spectre est simplement un tableau ou un graphique qui montre l’intensité de la lumière émise sur une gamme d’énergies. Avez-vous déjà vu un spectre ? Probablement. La nature en fabrique de magnifiques que nous appelons arcs-en-ciel. La lumière du soleil envoyée à travers les gouttes de pluie est étalée pour afficher ses différentes couleurs (les différentes couleurs sont juste la façon dont nos yeux perçoivent les radiations avec des énergies légèrement différentes).

La spectroscopie peut être très utile pour aider les scientifiques à comprendre comment un objet comme un trou noir, une étoile à neutrons ou une galaxie active produit de la lumière, à quelle vitesse il se déplace et de quels éléments il est composé. Des spectres peuvent être produits pour n’importe quelle énergie de la lumière, des ondes radio de faible énergie aux rayons gamma de très haute énergie.

Chaque spectre contient une grande variété d’informations. Par exemple, il existe de nombreux mécanismes différents par lesquels un objet, comme une étoile, peutproduire de la lumière. Chacun de ces mécanismes possède un spectre caractéristique.

Le spectre électromagnétique

La lumière blanche (que nous appelons lumière visible ou optique) peut être divisée en ses couleurs constitutives facilementet avec un résultat familier : l’arc-en-ciel. Il suffit d’utiliser une fente pour focaliser un faisceau étroit de la lumière sur un prisme. Cette configuration est en fait un spectromètre de base.

spectre de la lumière blanche

Spectre de la lumière blanche blanche

L’arc-en-ciel résultant est en réalité un spectre continu qui nous montre les différentes énergies de la lumière (du rouge au bleu) présentes dans la lumière visible. Mais le spectre électromagnétique ne se limite pas à la lumière optique. Il couvre toutes les énergies de la lumière, s’étendant des ondes radio de faible énergie, aux micro-ondes, aux infrarouges, à la lumière optique, aux ultraviolets, aux rayons X de très haute énergie et aux rayons gamma.

Illustration du spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique complet. (Crédit : Imagine the Universe de la NASA)

*Dites-moi en plus sur le spectre électromagnétique !

Que peuvent apprendre les scientifiques d’un spectre ?

Continuspectre de la lumière blanche
Emission ou ligne brillantespectre de la lumière blanche
Absorption ou ligne sombrespectre de la lumière blanche

Trois types de spectres : continu, ligne d’émission et absorption.(Crédit : Imagine the Universe de la NASA)

Chaque élément du tableau périodique peut apparaître sous forme gazeuse et produira une série de raies lumineuses propres à cet élément.L’hydrogène ne ressemblera pas à l’hélium qui ne ressemblera pas au carbone qui ne ressemblera pas au fer… et bientôt. Ainsi, les astronomes peuvent identifier les types d’éléments présents dans les étoiles à partir des raies qu’ils trouvent dans le spectre de l’étoile. Ce type d’étude s’appelle la spectroscopie.

La science de la spectroscopie est assez sophistiquée. À partir des lignes spectrales, les astronomes peuvent déterminer non seulement l’élément, mais aussi la température et la densité de cet élément dans l’étoile. La ligne spectrale peut également nous renseigner sur le champ magnétique de l’étoile. La largeur de la raie peut nous indiquer à quelle vitesse la matière se déplace. Cela nous renseigne sur les vents dans les étoiles. Si les lignes se déplacent d’avant en arrière, nous pouvons apprendre que l’étoile est peut-être en orbite autour d’une autre étoile. Nous pouvons estimer la masse et la taille de l’étoile à partir de cela. Si les raies augmentent et diminuent en intensité, nous pouvons en savoir plus sur les changements physiques de l’étoile. Les informations spectrales peuvent également nous renseigner sur les matériaux qui entourent les étoiles. Cette matière peut tomber sur l’étoile à partir d’un disque en forme de beignet autour de l’étoile, appelé disque d’accrétion. Ces disques se forment souvent autour d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir. La lumière provenant de la matière située entre les étoiles permet aux astronomes d’étudier le milieu interstellaire (MIS). Cela nous indique quel type de matière remplit l’espace entre les étoiles. L’espace n’est pas vide ! Il y a beaucoup de gaz et de poussière entre les étoiles. La spectroscopie est l’un des outils fondamentaux que lesscientifiques utilisent pour étudier l’Univers.

* Utilisez Hera pour analyser les spectres.

Mise à jour : Août 2013