Astrophysics II

PHYS-323 / 3 credits

Language: French

Résumé

Ce cours est une introduction à la physique stellaire. On y expose les notions indispensables à la compréhension du fonctionnement d'une étoile et à la construction de modèles de structure interne et d'évolution stellaires. On donne aussi des clés d'interprétation des spectres stellaires.

Contenu

1. Géneralités sur le rayonnement : intensité spécifique, flux, densité d'énergie, pression de radiation. Rayonnement noir et températures en astrophysique, coefficients d'extinction et d'émission.
2. Atmosphères stellaires : équation de transfert radiatif, flux sortant, transfert convectif.
3. Interaction rayonnement-matière dans les intérieurs stellaires: lois de Boltzmann et de Saha, absorption par un oscillateur harmonique ; absorption, émission spontanée, émission induite. Raies spectrales ; courbe de croissance. Opacités continues ; opacité globale du milieu stellaire.
4. Thermodynamique et structure interne des étoiles : poids moléculaire moyen ; gaz parfait ; gaz dégénéré ; effets électrostatiques; diagramme logT/log[rho];
chaleurs spécifiques et ionisation partielle.
5. Réactions nucléaires : taux, section efficace.

Mots-clés

physique stellaire
transfert radiatif
atmosphères stellaires
équations d'état du milieu stellaire
raies spectrales
opacité du milieu stellaire
spectroscopie stellaire
réactions nucléaires dans les étoiles
thermodynamique du milieu stellaire
structure des étoiles.

Compétences requises

Cours prérequis obligatoires

Astrophysique I. Introduction à l'astrophysique

Cours prérequis indicatifs

2e année de physique ou de mathématique

Concepts importants à maîtriser

Elements de thermodynamiques: équation d'état du gaz parfait; chaleurs spécifiques
Elements de physique quantique: corps noir; atome de Bohr; photo-excitation, photo-ionisation; principe d'incertitude; principe d'exclusion de Pauli
Elements de physique statistique: statistique de Boltzman, statistique de Fermi; distribution maxwellienne des vitesses; notion d'espace de phase

Acquis de formation

A la fin de ce cours l'étudiant doit être capable de:

Expliquer pourquoi une étoile brille
Interpréter un spectre stellaire
Justifier l'équilibre d'une naine blanche
Exposer les différentes équations d'état possibles du milieu stellaire
Esquisser les effets thermodynamique de l'ionisation partielle
Formuler les propriétés d'un gaz d'électrons dégénérés
Décrire les sources d'opacité du milieu stellaire
Démontrer l'existence du "pic de Gamow" dans les réactions nucléaires à basse énergie
Démontrer l'importance des résonances dans la nucléosynthèse stellaire

Méthode d'enseignement

Ex cathedra et exercices dirigés en classe

Travail attendu

Participation au cours et aux exercices

Méthode d'évaluation

Examen écrit

Encadrement

Office hours	Non
Assistants	Oui
Forum électronique	Non
Autres

Ressources

Bibliographie

Polycopié
R. Monier, Les étoiles et le milieu interstellaire; Introduction à l'astrophysique, Ellipses, 2006
B.W. Carroll & D.A. Ostlie, Introduction to Modern Astrophysics, Addison-Wesley, 1996
R. Bowers & T. Deeming, Astrophysics I: Stars, Jones & Bartlett, 1984
F. Shu, The Physics of Astrophysics, Volume I: Radiation, University Science Books, 1991
D.D. Clayton, Principles of stellar evolution and nucleosynthesis, McGraw Hill, 1968
G.B. Rybicki & A.P. Lightman, Radiative processes in astrophysics, WILEY-VCH, 2004