La couleur des étoiles

Les connaissances en sciences se construisent petit à petit.  C’est souvent l’observation qui permet d’affiner, de préciser une théorie.Une lampe de poche munie d’une pile neuve émet une lumière blanche et intense (le filament au tungstène de l’ampoule est chauffé à 2700 K ).Si la pile est usée (le filament n’est chauffé qu’à 1500 K), la lumière émise est peu intense, elle devient orangée puis rouge.Forte température : le spectre contient toutes les radiations du visible, la lumière blanche est obtenue à partir de l’ensemble des radiations du visible.Température plus basse : le spectre s’appauvrit en radiations de petites longueurs d’onde, seules les radiations correspondant à l’orangé et au rouge persistent.Bételgeuse et Bellatrix sont deux étoiles appartenant à la constellation d’Orion qui est très facilement visible dans le ciel des nuits d’hiver (Voir projection).D’après ces données et ce qui a été revu dans le document 1, ces deux étoiles devraient apparaître blanches. Ceci n’est pas cohérent avec l’observation puisque Bételgeuse est une étoile rouge et Bellatrix une étoile bleue.Par petits groupes de recherche, vous devez émettre des hypothèses permettant d’expliquer ces couleurs qui semblent en contradiction avec vos connaissances.Pour Bételgeuse : violet peu représenté, bleu faible ;  pour Bellatrix : toutes les radiations sont présentes.On peut faire remarquer que les raies d’absorption sont bien présentes sur ces spectres (les bandes sur le spectre de Bételgeuse sont dues à l’oxyde de titane TiO).

Une des hypothèses du document précédent peut justement être que certaines couleurs sont absorbées et que cela pourrait changer la couleur de l’étoile : on peut alors faire remarquer que dans le cas de Bellatrix, les raies absorbées ne correspondent qu’à une tout petit partie du spectre et n’engendrent pas de changement notable sur la couleur de la lumière émise.Enfin, nouvelle donnée importante, voici le graphe représentant l’intensité lumineuse émise en fonction de la longueur d’onde pour des corps de températures différentes.Dans le tableau ci-dessous, il est donné, pour plusieurs températures en Kelvin, la valeur de la longueur d’onde correspondant au maximum d’émission lumineuse du corps chauffé.La température de surface du Soleil est de 5500 K environ. A l’aide des autres températures données dans le document 2, calculer la longueur d’onde du maximum d’intensité lumineuse pour Bételgeuse, Bellatrix et pour le Soleil. Conclure sur la couleur de ces étoiles. Est-ce conforme aux observations ?Bételgeuse : λ_max = 826 nm.  Le maximum d’intensité est obtenu pour une radiation rouge. La courbe d’intensité descend très vite pour les autres radiations du visible : Bételgeuse est une étoile rouge !

Béllatrix : λ_max = 103,2 nm. Le maximum d’intensité est obtenu dans l’ultraviolet. La forme de la courbe permet de montrer que le violet et le bleu sont bien plus intenses que les autres couleursSoleil : λ_max = 525 nm. Ceci correspond à une radiation verte mais globalement toutes les radiations du visible sont bien représentées. Le Soleil nous apparait donc comme une étoile blanche et non verte !On peut aussi en profiter pour revenir à l’ampoule et son filament de tungstène. Il est chauffé  à 2700 K :λ_max = 1070 nm. Le maximum se situe dans l’infrarouge (Ce mode d’éclairement est peu efficace !) mais la courbe très « étalée et plate » pour les basses températures fait que toutes les radiations sont également représentées dans le visible : la lumière est blanche !La couleur prise par une étoile ne correspond pas tout à fait à celle de la radiation émise avec le plus d’intensité. Les autres radiations sont aussi présentes même si elles sont moins intenses. La couleur réelle de l’étoile dépend de tous ces paramètres. De plus notre œil n’a pas la même sensibilité pour les radiations lumineuses.