Qu'est-ce que la luminosité?

Quelle est la luminosité d'une étoile? Une planète? Une galaxie? Lorsque les astronomes veulent répondre à ces questions, ils expriment la luminosité de ces objets en utilisant le terme "luminosité". Il décrit la luminosité d'un objet dans l'espace. Les étoiles et les galaxies émettent diverses formes de lumière. Quoi gentil de lumière qu'ils émettent ou rayonnent indique à quel point ils sont énergiques. Si l'objet est une planète, il n'émet pas de lumière; cela le reflète. Cependant, les astronomes utilisent également le terme "luminosité" pour discuter des luminosités planétaires.

Plus la luminosité d'un objet est grande, plus il apparaît brillant. Un objet peut être très lumineux sous plusieurs longueurs d'onde de lumière, de la lumière visible, des rayons X, des ultraviolets, des infrarouges, des micro-ondes, aux rayons radio et gamma, cela dépend souvent de l'intensité de la lumière émise, qui est fonction de à quel point l'objet est énergique.

Chaque objet de cet amas d'étoiles, y compris les nuages ​​de gaz et de poussière, a une luminosité qui peut être décrite comme sa luminosité. L'amas d'étoiles Pismis 24 contient également l'étoile Pismis 24-1b. ESO / IDA / danois 1.5 / R. Gendler, U.G. Jørgensen, J. Skottfelt, K. Harpsøe

Luminosité stellaire

La plupart des gens peuvent avoir une idée très générale de la luminosité d'un objet simplement en le regardant. S'il apparaît brillant, il a une luminosité plus élevée que s'il est faible. Cependant, cette apparence peut être trompeuse. La distance affecte également la luminosité apparente d'un objet. Une étoile éloignée, mais très énergique, peut nous sembler plus sombre qu'une énergie inférieure, mais plus proche.

Une vue de l'étoile Canopus, vue de la Station spatiale internationale. Il a une luminosité 15 000 fois supérieure à celle du Soleil. Il se trouve à 309 années-lumière de nous. NASA

Les astronomes déterminent la luminosité d'une étoile en regardant sa taille et sa température effective. La température effective est exprimée en degrés Kelvin, donc le Soleil est de 5777 kelvins. Un quasar (un objet hyperénergétique éloigné au centre d'une galaxie massive) pourrait atteindre 10 billions de degrés Kelvin. Chacune de leurs températures efficaces se traduit par une luminosité différente pour l'objet. Le quasar, cependant, est très loin, et semble donc sombre. 

La luminosité qui compte pour comprendre ce qui alimente un objet, des étoiles aux quasars, est la luminosité intrinsèque. C'est une mesure de la quantité d'énergie qu'elle émet réellement dans toutes les directions chaque seconde, peu importe où elle se trouve dans l'univers. C'est une façon de comprendre les processus à l'intérieur de l'objet qui contribuent à le rendre lumineux.

Une autre façon de déduire la luminosité d'une étoile est de mesurer sa luminosité apparente (comment elle apparaît à l'œil) et de la comparer à sa distance. Les étoiles plus éloignées paraissent plus sombres que celles plus proches de nous, par exemple. Cependant, un objet peut également avoir un aspect sombre car la lumière est absorbée par le gaz et la poussière qui se trouvent entre nous. Pour obtenir une mesure précise de la luminosité d'un objet céleste, les astronomes utilisent des instruments spécialisés, comme un bolomètre. En astronomie, ils sont principalement utilisés dans les longueurs d'onde radio - en particulier, la gamme submillimétrique. Dans la plupart des cas, ce sont des instruments spécialement refroidis à un degré au-dessus du zéro absolu pour être leurs plus sensibles.

Luminosité et amplitude

Une autre façon de comprendre et de mesurer la luminosité d'un objet est sa magnitude. Il est utile de savoir si vous observez les étoiles, car cela vous aide à comprendre comment les observateurs peuvent se référer à la luminosité des étoiles les unes par rapport aux autres. Le nombre de magnitude prend en compte la luminosité d'un objet et sa distance. Essentiellement, un objet de deuxième magnitude est environ deux fois et demi plus lumineux qu'un objet de troisième magnitude et deux fois et demi plus sombre qu'un objet de première magnitude. Plus le nombre est bas, plus la magnitude est brillante. Le Soleil, par exemple, est de magnitude -26,7. L'étoile Sirius est de magnitude -1,46. Il est 70 fois plus lumineux que le Soleil, mais il se trouve à 8,6 années-lumière et est légèrement atténué par la distance. Il est important de comprendre qu'un objet très lumineux à une grande distance peut apparaître très sombre en raison de sa distance, alors qu'un objet sombre qui est beaucoup plus proche peut "paraître" plus lumineux.

Tous les objets de l'univers ont une luminosité qui est définie par un nombre appelé sa «magnitude». Chacune de ces étoiles a une magnitude différente. Observatoire européen austral

La magnitude apparente est la luminosité d'un objet tel qu'il apparaît dans le ciel lorsque nous l'observons, quelle que soit sa distance. L'amplitude absolue est vraiment une mesure de la intrinsèque luminosité d'un objet. L'amplitude absolue ne se soucie pas vraiment de la distance; l'étoile ou la galaxie émettra toujours cette quantité d'énergie, quelle que soit la distance de l'observateur. Cela le rend plus utile pour aider à comprendre à quel point un objet est brillant, chaud et grand.. 

Luminosité spectrale

Dans la plupart des cas, la luminosité est censée rapporter la quantité d'énergie émise par un objet sous toutes les formes de lumière qu'il émet (visuel, infrarouge, rayons X, etc.). La luminosité est le terme que nous appliquons à toutes les longueurs d'onde, quel que soit leur emplacement sur le spectre électromagnétique. Les astronomes étudient les différentes longueurs d'onde de la lumière des objets célestes en prenant la lumière entrante et en utilisant un spectromètre ou un spectroscope pour "casser" la lumière en ses longueurs d'onde composantes. Cette méthode est appelée "spectroscopie" et donne un bon aperçu des processus qui font briller les objets.

Chaque élément de l'univers a une "empreinte" spectrale unique. Les astronomes utilisent ces spectres pour déterminer la composition des objets, et leurs spectres peuvent également révéler leurs mouvements et d'autres caractéristiques. NASA 

Chaque objet céleste est brillant dans des longueurs d'onde spécifiques de la lumière; par exemple, les étoiles à neutrons sont généralement très brillantes dans les bandes de rayons X et de radio (mais pas toujours; certaines sont plus brillantes dans les rayons gamma). Ces objets auraient des luminosités radiologiques et radioélectriques élevées. Ils ont souvent des luminosités optiques très faibles.

Les étoiles rayonnent dans de très larges ensembles de longueurs d'onde, du visible à l'infrarouge et à l'ultraviolet; certaines étoiles très énergétiques sont également brillantes à la radio et aux rayons X. Les trous noirs centraux des galaxies se trouvent dans des régions qui dégagent d'énormes quantités de rayons X, de rayons gamma et de radiofréquences, mais peuvent sembler assez faibles en lumière visible. Les nuages ​​de gaz et de poussière chauffés où naissent les étoiles peuvent être très brillants dans la lumière infrarouge et visible. Les nouveau-nés eux-mêmes sont assez brillants dans la lumière ultraviolette et visible. 

Faits rapides

• La luminosité d'un objet est appelée sa luminosité.
• La luminosité d'un objet dans l'espace est souvent définie par une figure numérique appelée sa magnitude.
• Les objets peuvent être "brillants" dans plus d'un ensemble de longueurs d'onde. Par exemple, le soleil est brillant en lumière optique (visible), mais il est parfois considéré comme brillant en rayons X, ainsi qu'en ultraviolet et infrarouge.

Sources

• Cool Cosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/luminosity.html.
• «Luminosité | COSMOS." Centre d'astrophysique et de superordinateurs, astronomy.swin.edu.au/cosmos/L/Luminosity.
• MacRobert, Alan. «Le système d'amplitude stellaire: mesurer la luminosité.» Ciel et télescope, 24 mai 2017, www.skyandtelescope.com/astronomy-resources/the-stellar-magnitude-system/.

Édité et révisé par Carolyn Collins Petersen