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Problèmes d'Astrophysique
Explorez les lois de l'univers : de la dynamique des galaxies à la recherche d'exoplanètes.
Énoncé : Une étoile de la séquence principale possède un rayon \( R = 2 R_\odot \) et une température de surface \( T = 10\,000 \, K \).
Sachant que la luminosité du Soleil est \( L_\odot \), la température du Soleil \( T_\odot \approx 5\,800 \, K \), exprimez la luminosité \( L \) de cette étoile en fonction de \( L_\odot \).
Sachant que la luminosité du Soleil est \( L_\odot \), la température du Soleil \( T_\odot \approx 5\,800 \, K \), exprimez la luminosité \( L \) de cette étoile en fonction de \( L_\odot \).
La loi de Stefan-Boltzmann donne : \( L = 4\pi R^2 \sigma T^4 \)
En rapportant aux valeurs solaires : \( \frac{L}{L_\odot} = \left(\frac{R}{R_\odot}\right)^2 \times \left(\frac{T}{T_\odot}\right)^4 \)
\( \frac{L}{L_\odot} = (2)^2 \times \left(\frac{10000}{5800}\right)^4 \approx 4 \times 8.85 \approx 35.4 \)
L'étoile est environ 35,4 fois plus lumineuse que le Soleil.
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En rapportant aux valeurs solaires : \( \frac{L}{L_\odot} = \left(\frac{R}{R_\odot}\right)^2 \times \left(\frac{T}{T_\odot}\right)^4 \)
\( \frac{L}{L_\odot} = (2)^2 \times \left(\frac{10000}{5800}\right)^4 \approx 4 \times 8.85 \approx 35.4 \)
L'étoile est environ 35,4 fois plus lumineuse que le Soleil.
Énoncé : Le spectre d'une galaxie lointaine montre un décalage vers le rouge (redshift) correspondant à une vitesse de récession de \( v = 21\,000 \, km/s \).
En utilisant la constante de Hubble \( H_0 = 70 \, km/s/Mpc \), estimez la distance \( d \) de cette galaxie en Mégaparsecs (Mpc).
En utilisant la constante de Hubble \( H_0 = 70 \, km/s/Mpc \), estimez la distance \( d \) de cette galaxie en Mégaparsecs (Mpc).
La loi de Hubble-Lemaître s'écrit : \( v = H_0 \times d \)
Isolons la distance : \( d = \frac{v}{H_0} \)
\( d = \frac{21\,000}{70} = 300 \, Mpc \)
La galaxie se situe à environ 300 millions de parsecs (soit ~978 millions d'années-lumière).
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Isolons la distance : \( d = \frac{v}{H_0} \)
\( d = \frac{21\,000}{70} = 300 \, Mpc \)
La galaxie se situe à environ 300 millions de parsecs (soit ~978 millions d'années-lumière).
Énoncé : Lors de l'observation d'une étoile semblable au Soleil (\( R_* = 1 R_\odot \)), un télescope détecte une baisse périodique du flux lumineux de \( \Delta F / F = 0.01 \) (soit 1%).
En supposant un transit géométrique simple, estimez le rayon \( R_p \) de cette exoplanète (en rayons joviens, sachant que \( R_J \approx 0.1 R_\odot \)).
En supposant un transit géométrique simple, estimez le rayon \( R_p \) de cette exoplanète (en rayons joviens, sachant que \( R_J \approx 0.1 R_\odot \)).
La profondeur du transit correspond au rapport des surfaces : \( \frac{\Delta F}{F} = \left(\frac{R_p}{R_*}\right)^2 \)
\( \frac{R_p}{R_*} = \sqrt{0.01} = 0.1 \)
Donc \( R_p = 0.1 R_* = 0.1 R_\odot \).
L'exoplanète a la taille de Jupiter (\( R_p \approx 1 R_J \)). Il s'agit probablement d'un Jupiter chaud.
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\( \frac{R_p}{R_*} = \sqrt{0.01} = 0.1 \)
Donc \( R_p = 0.1 R_* = 0.1 R_\odot \).
L'exoplanète a la taille de Jupiter (\( R_p \approx 1 R_J \)). Il s'agit probablement d'un Jupiter chaud.
Énoncé : Une étoile orbite à la périphérie d'une galaxie spirale, à une distance \( r \) du centre galactique. On observe que sa vitesse orbitale \( v \) reste constante au lieu de décroître (courbe de rotation plate).
Que déduit-on de la masse contenue \( M(r) \) à l'intérieur de l'orbite selon la mécanique Newtonienne ?
Que déduit-on de la masse contenue \( M(r) \) à l'intérieur de l'orbite selon la mécanique Newtonienne ?
L'égalité entre la force gravitationnelle et la force centripète donne : \( \frac{G M(r) m}{r^2} = \frac{m v^2}{r} \)
Soit \( M(r) = \frac{v^2 r}{G} \).
Si \( v \) est constante, alors \( M(r) \) croît de façon proportionnelle à \( r \). La masse n'est donc pas concentrée au centre : c'est l'une des preuves majeures de l'existence du halo de Matière Noire.
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Soit \( M(r) = \frac{v^2 r}{G} \).
Si \( v \) est constante, alors \( M(r) \) croît de façon proportionnelle à \( r \). La masse n'est donc pas concentrée au centre : c'est l'une des preuves majeures de l'existence du halo de Matière Noire.
Laboratoire Orbital (3ème Loi de Kepler)
Modifiez la masse de l'étoile centrale et le demi-grand axe de l'orbite pour observer en direct la variation de la période orbitale d'une planète.
Mécanique Céleste 3D
Masse Stellaire (\( M \)):1.0 M_☉
Demi-grand axe (\( a \)):1.0 UA
Vitesse relative:30.0 km/s
Période (\( T \)):1.00 Ans



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