Rappels généraux

rainbow flagLe code de la lumière...

Dans le cas d’un élément atomique, une raie d’émission ou d’absorption trahit une transition atomique franchie par un électron qui libère ou absorbe un photon dont la longueur d’onde correspond au niveau d’énergie de la transition considérée. Ainsi, la raie H alpha correspond à une transition entre le niveau 3 et le niveau 2 de l’atome d’hydrogène. Chaque transition, et par conséquent chaque raie a une longueur d'onde précise et caractéristique d'un élément chimique.

La présence d’une raie provenant d’un élément chimique établie clairement le fait que cet élément est présent. On trouve dans les étoiles rouges, plus froides, des raies provenant de nombreux métaux voire de molécules comme l’oxyde de titane. Pour une température donnée l’intensité d’une raie représente le nombre moyen de transitions et donne ainsi des indications sur l’abondance de l'élément. Mais l’absence de raies ne signifie pas pour autant que cet élément chimique est absent. Il signifie simplement que les conditions de formation de ces raies ne sont pas présentes.

Si vous placez ce même atome dans des conditions de température telles que tous ces niveaux d’énergie sont dépeuplés, on parle alors d’ionisation, cet atome sera alors dans l’incapacité de produire de telles transitions à cette longueur d’onde puisqu’il n’aura plus un seul électron, et la raie H alpha ne sera jamais observée.

Les raies spectrales que l’on observe sont non seulement caractéristiques des éléments chimiques qui composent le milieu observé mais également des conditions de température, pression, champ magnétique, et vitesses qui y règnent.

Une des premières utilisations de la spectroscopie fut sans doute la classification des étoiles par type spectral. Les fameux OBAFGKM, qui classent les étoiles par température, mais aussi par sous-types allant de la super-géante aux raies fines, puisque le milieu y est dilué, aux étoiles naines aux raies plus larges, la pression y étant plus forte.

Enfin, la mesure précise en longueur d’onde pour un élément chimique préalablement identifié nous renseigne sur la vitesse du milieu. En effet, par effet Doppler-Fizeau, une raie présente un décalage en longueur d’onde par rapport à sa longueur d’onde théorique si le milieu est animé d’une vitesse relative par rapport à l’observateur. Une mesure directe de la vitesse est donnée par:

L’effet Doppler peut produire des décalages systématiques en longueur d’onde comme le fameux “décalage vers le rouge” de la fuite des galaxies, mais il peut aussi se manifester en élargissant la largeur des raies lorsque le milieu est animé d’un champ de vitesse interne.

Vitesse de rotation des étoiles, vitesse d’expansion des enveloppes, mais également paramètres orbitaux des couples binaires sont autant de résultats à ajouter au tableau de chasse astrophysique de la spectro.


Quelques définitions instrumentales