Descriptif
ASTROPHYSIQUE STELLAIRE
Les étoiles sont les briques de base de l’univers. Source de rayonnement électromagnétique à toute longueur d’onde, elles injectent de grandes quantités d’énergie dans leur environnement et sont ainsi les moteurs de l’évolution de leur galaxie hôte. Capables de fabriquer des éléments chimiques plus lourds que l’hydrogène et l’hélium, ce sont elles qui sont finalement responsables de notre monde et de la vie telle que nous la connaissons. Ce cours est une introduction à la physique qui gouverne les étoiles. Il traitera des quantités astronomiques de base, des caractéristiques physiques des étoiles, des atmosphères stellaires et de la spectroscopie, des intérieurs stellaires, de la formation et de l’évolution des étoiles et des cadavres stellaires (naine blanche étoile à neutrons et trou noir).
L’astrophysique stellaire est l’un des plus retentissant succès de la physique moderne. Elle fait appel à la plupart des champs de la physique, de la gravité à la physique atomique et nucléaire, en passant par la thermodynamique et la relativité. L’un des buts de ce cours est d’améliorer la capacité à utiliser ces notions de façon cohérente tout en se familiarisant avec les connaissances actuelles sur les étoiles. Nous insisterons particulièrement sur la physique nucléaire car la complète compréhension d’une étoile nécessite de maîtriser quelques notions avancées de ce domaine, notamment la fusion thermonucléaire. Finalement, il sera possible de comprendre avec quelques détails surprenants ce qui se passe à l’intérieur d’objets qui ne sont pour nous que des points brillants dans le ciel.
Référence bibliographique :
- Polycopié de cours « Astrophysique stellaire PHY-51053 » par Sylvain Chaty et Alain Lecavelier (2025)
Versions antérieures :
- Astrophysique stellaire Frédéric Daigne et Alain Lecavelier (2023)
- Astrophysique stellaire par Roland Lehoucq et Frédéric Daigne (2015)
- Physique et Astrophysique nucléaires par Martin Lemoine et Caroline Terquem (2006)
- Energie nucléaire par Jean-Louis Basdevant, James Rich et Michel Spiro (2002)
Ouvrage disponible auprès des Editions de l'Ecole Polytechnique. - D. Clayton. Principle of stellar evolution and nucleosynthesis. University of Chicago press, 1984.
Objectifs pédagogiques
À l’issue de ce cours, les étudiantes et étudiants seront capables de :
- Maîtriser les grandeurs fondamentales de l’astrophysique stellaire (luminosité, température, masse, rayon, gravité, composition chimique) ainsi que les principaux ordres de grandeur associés aux étoiles.
- Comprendre les mécanismes physiques gouvernant la structure et l’évolution des étoiles, depuis leur formation jusqu’aux stades terminaux de leur évolution.
- Relier les propriétés observables des étoiles aux processus physiques internes à travers l’analyse des spectres stellaires et des atmosphères stellaires.
- Utiliser les outils de la thermodynamique, de la physique statistique, de la gravitation, de la physique atomique et nucléaire pour décrire le fonctionnement des étoiles.
- Expliquer les mécanismes de production et de transport de l’énergie dans les étoiles, notamment les réactions de fusion thermonucléaire et les processus radiatifs et convectifs.
- Interpréter les différentes phases de l’évolution stellaire à partir des diagrammes de Hertzsprung–Russell et des modèles stellaires.
- Décrire la formation des éléments chimiques au sein des étoiles et comprendre le rôle central des étoiles dans l’évolution chimique des galaxies.
- Identifier les propriétés physiques des objets compacts (naines blanches, étoiles à neutrons et trous noirs stellaires) et comprendre les processus conduisant à leur formation.
- Développer une approche quantitative et cohérente de problèmes d’astrophysique complexes en mobilisant des concepts issus de différents domaines de la physique moderne.
- Acquérir une culture scientifique solide sur les étoiles et leur rôle fondamental dans l’Univers, en lien avec les problématiques actuelles de l’astrophysique contemporaine et du multi-messager.
effectifs minimal / maximal:
/60Diplôme(s) concerné(s)
- M1 PHYS - Physique
- Programmes d'échange internationaux
- Non Diplomant
- Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
- AUDITEURS - IP Paris
- M1 HEP - Physique des Hautes Energies
Parcours de rattachement
Département OSE
Département de Physique.Pour les étudiants du diplôme M1 PHYS - Physique
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Pour les étudiants du diplôme Non Diplomant
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Pour les étudiants du diplôme AUDITEURS - IP Paris
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Pour les étudiants du diplôme M1 HEP - Physique des Hautes Energies
Vous devez avoir validé l'équation suivante : UE PHY_42031_EP Et UE PHY_41030_EP Et UE PHY_43033_EP
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade américainPour les étudiants du diplôme M1 HEP - Physique des Hautes Energies
Vos modalités d'acquisition :
L'acquisition de la matière par les étudiants sera évaluée par un examen écrit de 3h.
Calculatrice obligatoire.
L'assiduité aux petites classes entrera également en compte dans la note finale.
Rattrapage : examen oral - calculette autorisée
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme M1 PHYS - Physique
Vos modalités d'acquisition :
L'acquisition de la matière par les étudiants sera évaluée par un examen écrit de 3h.
Calculatrice obligatoire.
L'assiduité aux petites classes entrera également en compte dans la note finale.
Rattrapage : examen oral - calculette autorisée
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme Programmes d'échange internationaux
Vos modalités d'acquisition :
L'acquisition de la matière par les étudiants sera évaluée par un examen écrit de 3h.
Calculatrice obligatoire.
L'assiduité aux petites classes entrera également en compte dans la note finale.
Rattrapage : examen oral - calculette autorisée
Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme Titre d’Ingénieur diplômé de l’École polytechnique
Vos modalités d'acquisition :
L'acquisition de la matière par les étudiants sera évaluée par un examen écrit de 3h.
Calculatrice obligatoire.
L'assiduité aux petites classes entrera également en compte dans la note finale.
Rattrapage : examen oral - calculette autorisée
Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme Non Diplomant
Vos modalités d'acquisition :
L'acquisition de la matière par les étudiants sera évaluée par un examen écrit de 3h.
Calculatrice obligatoire.
L'assiduité aux petites classes entrera également en compte dans la note finale.
Rattrapage : examen oral - calculette autorisée
Le rattrapage est autorisé (Max entre les deux notes)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme AUDITEURS - IP Paris
Vos modalités d'acquisition :
Non obligatoire, mais fortement recommandés :
PHY41030 - Mécanique quantique avancée
PHY42031 - Relativité et principes variationnels
PHY43033 - Physique statistique
- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 10
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 10
- Crédits ECTS acquis : 5 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
- Introduction
La lumière ; éléments de transfert radiatif - Milieu interstellaire
Rayonnement du corps noir ; compléments sur le transfert radiatif
Formation des étoiles - Cohésion et stabilité des étoiles
Théorème du viriel, polytropes, équation de Lane-Emden - Physique nucléaire 1
Structure du noyau, modèle en couches, radioactivité - Physique nucléaire 2
Section efficace, fusion thermonucléaire - Énergie des étoiles
Production, transport, bilan - Étoiles de faible masse
Naine blanche, masse de Chandrasekhar - Étoiles massives
Supernovae de type II, étoiles à neutrons - Origine des éléments
Nucléosynthèse stellaire et primordiale