Lorsque l'écrivain Omar Bradley a prononcé sa désormais célèbre citation sur la nécessité de suivre les étoiles, il faisait référence à la méthode utilisée par les anciens marins pour trouver leur chemin sur les mers grâce aux cartes stellaires. On peut se demander si ces anciens marins ont déjà réfléchi aux couleurs qu'ils voyaient. Et si oui, se sont-ils jamais demandé pourquoi les étoiles présentaient des couleurs différentes ?

Le nombre d'étoiles apparaissant dans le ciel nocturne est innombrable. Pourrait-il y en avoir des millions ? Pourrait-il y en avoir des milliards ? Personne ne le sait vraiment. Ce que nous savons, c'est que les étoiles sont différentes. Certaines apparaissent presque blanches à l'œil nu. D'autres brillent d'un or ou d'un jaune doux. D'autres encore peuvent apparaître bleues, violettes ou même rouges.

Pourquoi les étoiles sont-elles de couleurs différentes ?

La couleur des étoiles n'est ni aléatoire ni accidentelle. Selon la science, trois facteurs déterminent la couleur d'une étoile :

• Ses composants
• Sa température
• Sa distance par rapport au point d'observation

Ce billet se penche sur ces trois caractéristiques et aborde les leçons importantes que nous pouvons tirer d'une compréhension scientifique des étoiles et de la couleur.

Qu'est-ce qu'une étoile ?

Lorsqu'on parle des constituants d'une étoile, on parle des différents éléments qui la composent. Les étoiles sont essentiellement des boules de plasma qui flottent dans l'espace. Elles contiennent des poussières, des gaz et un certain nombre d'oligo-éléments, dont l'hélium et l'hydrogène. L'ensemble de la boule émet de l'énergie en subissant divers processus chimiques. Mais chacun de ses constituants émet également de l'énergie.

Les constituants émettent des longueurs d'onde distinctes d'énergie électromagnétique en raison de la chaleur générée par l'ensemble de la masse. Nos yeux reconnaissent cette énergie électromagnétique comme une couleur. Et comme il y a plusieurs constituants qui émettent des longueurs d'onde différentes, toutes ces longueurs d'onde se combinent pour créer la perception d'une seule couleur.

Une bonne façon de comprendre cela est de considérer votre télévision. Votre télévision émet trois couleurs primaires de lumière : le rouge, le vert et le bleu. Différentes combinaisons de cette lumière créent les images que vous voyez. Une partie d'une certaine image peut nécessiter plus de bleu et de vert que de rouge. Une autre partie peut être particulièrement riche en vert. Vous voyez des images colorées en fonction de la façon dont les trois couleurs sont combinées sur l'écran de votre téléviseur.écran.

Il en va de même pour une étoile. Chaque constituant émet une énergie électromagnétique que l'œil humain interprète comme une couleur. La combinaison de toutes ces couleurs crée une seule couleur visible.

Courbe de Planck et loi de Wien

Le physicien allemand Max Planck a trouvé une formule pour déterminer comment les constituants des étoiles se combinent pour créer les couleurs visibles. Ses travaux ont abouti à ce que l'on appelle la courbe de Planck. Sans entrer dans les détails techniques, cette courbe est l'équivalent pour les physiciens de la roue des couleurs d'un décorateur d'intérieur.

Le pic de la courbe détermine la longueur d'onde à laquelle l'étoile émet le plus d'énergie lumineuse. C'est ce que l'on appelle la loi de Wien. L'effet net de la combinaison de ces deux principes est que les constituants générant le plus d'énergie électromagnétique influencent plus fortement la couleur perçue d'une étoile. C'est comme si l'on mélangeait de la peinture sur une feuille de papier. La peinture ayant le volume le plus élevé est celle qui a le plus d'énergie.influe le plus sur la couleur obtenue.

La température d'une étoile

Vient ensuite la température de l'étoile. Une étoile se forme lors de l'effondrement d'une nébuleuse gazeuse. Cet effondrement déclenche une réaction thermonucléaire entre l'hydrogène et les autres constituants de l'étoile. La fusion thermonucléaire transforme l'hydrogène en hélium. C'est de là que provient la chaleur.

Plus la réaction thermonucléaire est importante, plus la chaleur est élevée. Plus la chaleur est élevée, plus les constituants de l'étoile libèrent de l'énergie électromagnétique. Les couleurs différentes sont le résultat final. Nous observons quelque chose de très similaire dans le processus de combustion.

Avez-vous déjà remarqué qu'un feu de camp typique brûle en jaune vif avec des nuances d'orange et de rouge ? Pourtant, regardez la veilleuse d'un four et vous découvrirez que la flamme brûle généralement en bleu. Certaines des flammes les plus chaudes produites par la combustion brûlent en blanc. Il en va de même pour les étoiles. La température influence la couleur des étoiles de la même manière qu'elle influence la couleur des flammes qui brûlent.

Classification spectrale de Harvard

Les astronomes classent les étoiles par couleur en utilisant la classification spectrale de Harvard. Cette classification est basée sur la température de la photosphère (mesurée en kelvins). Il existe sept classifications comme suit :

• Rouge (M) - moins de 3 500 K
• Orange-Rouge (K) - 3 500 à 5 000 K
• Blanc-jaune (G) - 5 000 à 6 000 K
• Bleu-blanc (F) - 6 000 à 7 500 K
• Bleu (A) - 7 500 à 10 000 K
• Bleu (B) - 10 000 à 28 000 K
• Violet (O) - plus de 28 000 K

La température de la photosphère du soleil est d'environ 5 772 K. Pour mémoire, la température de la photosphère est la température à la surface. La température du cœur du soleil est beaucoup plus élevée.

Il peut sembler étrange que les étoiles les plus froides émettent des couleurs plus proches du rouge alors que les étoiles les plus chaudes sont plus proches du violet. Nous avons tendance à penser que le rouge est une couleur plus chaude, alors que le violet est souvent considéré comme une couleur froide. Néanmoins, la science ne ment pas.

Distance du point d'observation

L'aspect le plus fascinant de la couleur des étoiles est peut-être qu'elle est influencée par la distance. D'un point de vue scientifique, l'énergie électromagnétique émise par les étoiles est ce qu'elle est, quelle que soit la distance qui sépare l'étoile de la Terre. Cependant, lorsque la lumière traverse l'espace, elle peut être altérée par diverses influences. Les longueurs d'onde peuvent être soit allongées, soit raccourcies.

En fin de compte, plus la distance est grande, plus la longueur d'onde de la lumière peut être modifiée. Ainsi, plus une étoile est éloignée de la terre, plus il est probable que sa couleur réelle ne soit pas la même que celle perçue par les yeux humains. Vous pourriez voir une étoile d'une couleur jaune terne alors qu'en réalité, la couleur réelle à sa surface est plus proche du blanc.

La variation de la fréquence des ondes lumineuses dans l'espace est connue sous le nom d'effet Doppler. Certains ont tenté de l'expliquer comme le son d'une voiture qui change de tonalité lorsqu'elle passe. Plus la voiture est éloignée, plus le son est aigu. Plus elle se rapproche, plus le son est grave.

En théorie, les étoiles qui s'éloignent de la terre devraient apparaître plus rouges et celles qui se rapprochent de la terre plus bleues, mais ce n'est qu'une théorie, car d'autres facteurs déterminent la couleur d'une étoile.

Ce que nous pouvons apprendre des couleurs des étoiles

Nous savons maintenant ce qui détermine la couleur d'une étoile donnée. Que pouvons-nous apprendre de tout cela ? Plusieurs choses. Tout d'abord, la phase de l'étoile étudiée. La plupart des étoiles brûlent le plus à leur naissance. La raison en est simple : c'est l'effondrement d'une nébuleuse qui permet à l'hydrogène de subir le changement chimique qui le transforme en hélium. On pourrait dire que l'hydrogène brûle, pour ainsi dire.

Avec le temps, la quantité d'hydrogène disponible diminue, ce qui entraîne une réaction thermonucléaire moins robuste qui génère moins de chaleur. Moins de chaleur se traduit par moins d'énergie électromagnétique et par des couleurs différentes. Cela nous amène à la deuxième chose que nous pouvons apprendre, qui est liée à l'âge.

Plus l'étoile est récente, plus sa couleur devrait être proche du bleu ou du violet. La couleur change avec le temps, au fur et à mesure que l'étoile vieillit. Ainsi, les astronomes reconnaissent les étoiles rouges comme étant les plus anciennes. Elles sont dans la dernière phase de leur réaction thermonucléaire. Lorsqu'une étoile cesse de brûler en rouge, elle est sur le point de s'effondrer complètement et d'être éliminée.

L'âge de la galaxie

Les astronomes peuvent également extrapoler l'âge de la galaxie en observant la couleur moyenne de ses étoiles. Dans ce cas, on pense que la Voie lactée est une galaxie plus ancienne étant donné que la plupart de nos étoiles semblent brûler à des températures plus basses. On suppose que les étoiles des galaxies plus récentes seraient de couleur plus bleue.

Pour extrapoler l'âge d'une galaxie à partir de la couleur de ses étoiles, il faudrait classer les étoiles en utilisant la classification spectrale de Harvard mentionnée précédemment. Même dans une galaxie plus ancienne comme la Voie lactée, on s'attend toujours à voir des étoiles plus bleues. On peut aussi en voir des rouges. C'est la couleur moyenne qui aide les astronomes à déterminer l'âge d'une galaxie.

Champs magnétiques et vents

Les étoiles sont parfois entourées de champs magnétiques. D'autres fois, une étoile tournant autour d'une autre génère des vents. Les astronomes peuvent utiliser la spectroscopie pour comprendre ces phénomènes. Vous vous souvenez de la courbe de Planck ? Cette courbe existe parce que certains constituants d'une étoile peuvent émettre plusieurs couleurs. Les scientifiques utilisent la spectroscopie pour mesurer ces différentes couleurs.

Dans le spectre visuel d'un constituant, des lignes sombres séparent les couleurs. La spectroscopie étudie ces lignes pour en connaître les différentes propriétés. La façon dont les lignes apparaissent par rapport aux autres couleurs du spectre peut renseigner les scientifiques sur les champs magnétiques, les vents stellaires, la quantité d'espace entre les étoiles, les substances qui flottent dans ces espaces, et bien d'autres choses encore.

Il va sans dire que les différentes couleurs que nous voyons dans les étoiles ne sont pas le fruit du hasard. Nous savons pourquoi elles apparaissent grâce à notre connaissance de la naissance, de la maturation et de la mort des étoiles. L'étude des couleurs permet aux scientifiques d'apprendre beaucoup de choses sur notre univers.