Luminosité

La luminosité d’une étoile est la puissance qu’elle rayonne, exprimée en watts ou en multiples de la luminosité solaire. La luminosité bolométrique additionne toutes les longueurs d’onde. Cette propriété intrinsèque ne dépend pas de la distance : lorsque celle-ci augmente, l’éclat reçu diminue et la valeur numérique de la magnitude apparente augmente.

De quoi dépend la luminosité

La luminosité d’une étoile dépend principalement de deux facteurs : sa température effective, exprimée en kelvins, et son rayon. La loi de Stefan-Boltzmann stipule que la luminosité est proportionnelle au carré du rayon et à la puissance quatrième de la température. Une étoile deux fois plus chaude que le Soleil, à rayon égal, sera 16 fois plus lumineuse. Une étoile de même température mais deux fois plus grande sera 4 fois plus lumineuse.

La relation masse-luminosité

Pour les étoiles de la séquence principale, la masse et la luminosité sont fortement liées : les étoiles plus massives sont généralement beaucoup plus lumineuses. La relation est approximative et son exposant varie selon le domaine de masse. Un doublement de masse ne multiplie donc pas toujours la luminosité par le même facteur. Cette forte dépense d’énergie contribue à la brièveté de la vie des étoiles massives.

Importance en astronomie

La luminosité est utilisée pour calculer les distances, dater les amas stellaires et comprendre l’évolution stellaire. Des objets dont la luminosité peut être étalonnée, les chandelles standard, permettent de mesurer les distances cosmiques en comparant leur luminosité intrinsèque à leur luminosité apparente. Les Céphéides et les supernovas de type Ia sont les chandelles standard les plus utilisées.

Exemple concret

Rigel, la supergéante bleue d’Orion, illustre la différence entre luminosité et éclat apparent. Elle est intrinsèquement beaucoup plus lumineuse que le Soleil, mais sa grande distance réduit le flux que nous recevons. Pour une même étoile, diviser la distance par dix multiplie l’éclat reçu par cent, en négligeant l’absorption : la comparaison dépend donc d’une distance clairement définie.

Questions fréquentes

La luminosité et la magnitude sont-elles la même chose ?

Non. La luminosité mesure une puissance rayonnée, en watts. La magnitude est une échelle logarithmique qui peut être apparente ou absolue, cette dernière correspondant à une distance de 10 parsecs. Il faut aussi préciser la bande spectrale : seule une magnitude bolométrique prend en compte l’ensemble du rayonnement.

Le Soleil est-il une étoile lumineuse ?

Par rapport à la moyenne des étoiles de la galaxie, le Soleil est plutôt dans la moitié supérieure. La majorité des étoiles sont des naines rouges bien moins lumineuses. Mais il existe des étoiles supérieures à lui en luminosité de plusieurs ordres de grandeur.

La luminosité d’une étoile varie-t-elle au cours de sa vie ?

Oui. Sur la séquence principale, le Soleil devient progressivement plus lumineux à mesure que sa structure interne évolue ; il était moins lumineux au début de cette phase. D’autres variations se produisent sur des durées beaucoup plus courtes : les étoiles variables pulsantes, comme les Céphéides, changent d’éclat sur des jours ou des semaines.