Astrophysique

L'astrophysique est l'étude de la composition et du comportement des corps célestes. Elle ne se distingue pas nettement de l'astronomie. On utilise le mot « astrophysique » quand on veut insister sur l'application des lois physiques ou sur la compréhension des corps célestes du point de vue de leur physique. Le domaine de l'astrophysique comprend l'observation et l'analyse des planètes (voir Planètes et satellites) et des étoiles (dont notre soleil), des étoiles binaires, des amas d'étoiles, de la matière interstellaire, des galaxies, des quasars ou de tout autre chose qui fait partie de l'univers. En combinant la théorie et l'observation, les astrophysiciens déduisent des caractéristiques physiques telles que la composition chimique, l'âge, la vitesse de rotation, les champs magnétiques, les mouvements dans l'espace, etc. Ces renseignements servent à comprendre comment les corps célestes se forment, comment ils se transforment avec le temps, comment ils finissent et quels forces et processus physiques sont en jeu.

Les astrophysiciens utilisent de nombreuses branches de la physique, notamment la physique nucléaire pour étudier la production d'énergie dans les étoiles, de la physique atomique pour comprendre le spectre des étoiles et des nébuleuses gazeuses, des lois régissant le comportement physique des gaz et de la théorie magnétique pour sonder les taches stellaires et les éruptions à la surface des étoiles. La physique gravitationnelle est essentielle à l'étude de l'orbite des planètes et des étoiles binaires, de la rotation de notre galaxie et de l'expansion de l'univers. D'autres sciences contribuent aussi de façon importante : par exemple, la chimie permet d'étudier les réactions atomiques et moléculaires dans l'espace interstellaire; la géologie, la géophysique et la météorologie contribuent à l'étude des planètes (voir Planètes et satellites). Des compétences techniques en optique, en électronique (voir Industrie de l'électronique) et en informatique (voir Informatique et société sont nécessaires pour collecter les données astrophysiques et les comparer à la théorie. Plusieurs domaines du génie contribuent à la construction de télescopes astronomiques (comme le télescope Canada-France-Hawaii, voir Observatoire), de détecteurs de lumière et de vaisseaux spatiaux.

Rayonnement

L'information concernant les corps célestes arrive sous forme de rayonnement électromagnétique, c'est-à-dire sous forme d'ondes lumineuses ou de photons. La forme la plus énergétique est le rayonnement gamma, suivi du rayonnement X, du rayonnement ultraviolet, de la lumière visible (du violet au rouge), de la lumière infrarouge, des ondes millimétriques et des ondes radioélectriques, celles-ci transportant le moins d'énergie. Des télescopes optiques, des télescopes à rayons X, des radiotélescopes et d'autres télescopes sont nécessaires pour mesurer toute la bande de rayonnement; seuls les rayonnements optique et radioélectrique peuvent être mesurés à partir de la surface de la Terre, l'atmosphère étant opaque aux autres domaines. La photométrie, la polarimétrie et la spectroscopie sont des techniques d'analyse de la lumière.

Photométrie

La photométrie mesure l'éclat. L'éclat d'un objet, tel que nous le percevons, dépend de son éloignement, de sa brillance intrinsèque et de la quantité de matière obscurcissante le long de la ligne de visée. Les étoiles les plus chaudes émettent plus de lumière bleue que de lumière rouge, comparativement aux étoiles plus froides. La lumière stellaire captée par un télescope est mesurée par un détecteur de lumière; on détermine la quantité relative de lumière des différentes couleurs en plaçant des filtres colorés devant le détecteur. Le système de couleur DDO (David Dunlap Observatory), conçu par R.D. McClure et S. Van den Bergh, est utilisé partout. La photométrie à rayons X permet d'étudier les régions superficielles d'une étoile : les chromosphères et les couronnes. Les éclipses et les pulsations stellaires s'étudient aussi par photométrie.

Polarimétrie

La polarimétrie mesure l'orientation des ondes lumineuses. Les ondes d'une source naturelle de rayonnement possèdent toutes les orientations possibles : la lumière résultante n'est pas polarisée. S'il existe un champ magnétique dans la matière qui émet la lumière, l'orientation devient ordonnée et la lumière est polarisée. La polarisation se produit aussi quand la lumière est réfléchie ou diffusée, comme la lumière stellaire le devient lorsqu'elle traverse la matière interstellaire. On détecte la polarisation des ondes lumineuses en plaçant un polaroïd ou un prisme de Nicol dans le faisceau de lumière. Dans de nombreux cas, les sources astronomiques ne montrent qu'une polarisation partielle (inférieure à 10 p. 100), s'il y en a. On sait que certains types de galaxies, en raison de leurs émissions lumineuses et radioélectriques fortement polarisées, possèdent des champs magnétiques intenses.

Spectroscopie

La spectroscopie mesure les caractéristiques détaillées du spectre électromagnétique. La plupart de ces caractéristiques sont des bandes de couleurs très étroites appelées raies spectrales. Elles ont normalement moins de lumière que les domaines spectraux adjacents et elles reflètent les caractéristiques énergétiques des niveaux d'excitation des atomes présents dans le corps céleste observé. Dans le spectre d'une étoile type, par exemple, quelques-unes des raies spectrales les plus souvent vues sont produites par des éléments tels que l'hydrogène, le sodium, le magnésium, le calcium, le titanium, le fer et le nickel. L'analyse spectroscopique de l'intensité et de la forme des raies spectrales renseigne sur la composition chimique, la température, la pression, les champs magnétiques, les mouvements de convection, les vitesses de rotation et les vitesses d'approche ou de fuite du corps étudié. Les chercheurs canadiens sont des pionniers dans l'étude des étoiles, des galaxies et des quasars à l'aide de la spectroscopie.