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Recherches sur le spectre continu de quelques étoiles des
premiers types spectraux
Damien Barbier, D. Chalonge, E. Vassy
To cite this version:
LE
JOURNAL
DE
PHYSIQUE
ET
LE RADIUM
RECHERCHES SUR LE SPECTRE CONTINU DE
QUELQUES ÉTOILES
DES PREMIERS TYPES SPECTRAUX
Par D.
BARBIER,
D. CHALONGE et E. VASSY.Travail fait à la Station
Scientifique
duJungfraujoch.
Sommaire 2014 Dans une première partie, les auteurs décrivent une méthode et un appareillage
per-mettant de faire correctemeat l’étude spectrophotométrique des spectres continus stellaires. L’emploi d’un spectrographe à prisme objectif, doué d’astigmatisme, permet d’obtenir des spectres élargis, faciles à étu-dier au microphotomètre. Ces spectres stellaires sont comparés à une étoile artificielle constituée par un
tube à hydrogène éloigné, donnant un spectre continu riche en ultraviolet et de répartition énergétique
connue. L’absorption atmosphérique est déterminée directement, pendant la nuit d’observation. L’étude photométrique est faite sur les enregistrements au microphotomètre, qui permettent de définir nettement le spectre continu.
Une seconde partie est consacrée à l’exposé des résultats de l’étude de 18 étoiles des types B, A et F,
faite à la Station Scientifique du Jungfraujoch. Les températures de couleur et l’absorption continue de
l’hydrogène qui fait suite à la série de Balmer ont été mesurées avec une précision beaucoup plus grande qu’on ne l’avait fait jusqu’ici. L’importance de telles données pour les recherches sur la constitution des
atmosphères stellaires est sommairement montrée.
1. Introduction. - La connaissance de la
réparti-tion de
l’énergie
dans lespectre
continu des étoiles estune donnée d’une
importance
trèsgrande
enastro-physique.
Aussidepuis longtemps
des recherchesnom-breuses ont-elles été faites dans le but de la déterminer pour le
plus grand
nombrepossible
d’étoiles. Les résultats de ces études ont étéexprimés,
pourchaque
étoile,
par unnombre,
la «température
de couleur » del’étoile,
outempérature
du corps noir dont lerayonne-ment se
rapproche
leplus
de celui observé : audegré
de
précision
de laplupart
des mesures faitesjusqu’ici,
il a, eneffet,
semblépossible
d’assimiler ainsi lesrayonnements
continus stellaires à ceux de corps noirs.Mais si l’on compare les résultats obtenus par les divers
auteurs,
on estfrappé
de leur extrêmedisper-sion
~1).
Cettedispersion s’explique
par lagrande
com-plexité
duproblème
et les difficultés nombreuses quesoulève son étude : des méthodes très diverses ont été
proposées
pour lesrésoudre,
malheureusement beau-coup n’ontqu’une
précision
insuffisante,
certaines même sont incorrectes.Aussi nous a-t-il semblé
important
d’entreprendre
une étude de deuxième
approximation
permettant
de fixer avecplus
de certitude lescaractéristiques
de cesrayonnements
continus. Nous nous sommes efforcés de mettre aupoint
une méthode despectrophotométrie
(l) Voir à ce sujet l’articlp, de Brill (1).
stellaire à la fois correcte et
simple.
Le but que nousnous sommes
proposé n’était pas
dereprendre
l’examende toutes les étoiles dont le
rayonnement
a étéétudié,
mais de choisir un certain nombre d’étoiles aussirégu-lièrement distribuées dans le ciel que
possible,
et dedéterminer,
directement et avecprécision,
laréparti-tion de
l’énergie
dans leurspectre
continu : il serapos-sible,
par lasuite,
d’étudier unplus grand
nombred’étoiles en les
comparant
à ces étoilestypes,
cedeuxième travail étant notablement
plus
facile que lepremier
Il estindiqué
de choisir comme étalons desétoiles des
premiers
types spectraux
par suite de la rareté des raies dans leursspectres
(4).
Dans cepre-mier
travail,
nous nous sommesoccupés plus
spéciale-ment du domaine
spectral
delongueur
d’onde infé-rieure à 4 5001, et,
enparticulier,
de l’ultraviolet de courtelongueur
d’ondequi
n’avaitpratiquement
pas été étudiéjusqu’ici
(-).
Avant de décrire la méthodeemployée,
qui
s’appliquera
non seulement à cetterégion
spectrale
mais à tout le domainephotographique,
ilest bon de bien mettre en évidence les
grandes lignes,
etenmêmetemps
lesprincipales
difficultésduproblème.
2.Principales
difficultés à résoudre. -a)
Néces-sité de bien connaître
l’absorption
atmosphérique.
(1) L’intérêt d’un travail de cette nature avait été montré par Gerasimovic (2).
(~) Un travail ayant un but voisin du nôtre est engagé à la Cornell University (1’1).
LE JOURNAL DE PHYSIQUE ET LE RADIUM. - SÉRIE
VII. -
T. VI. - N° 4. - AVRIL ~93~. 10.
- Les
rayonnements
stellaires ne nousparviennent
qu’après
avoir traversél’atmosphère
terrestre et subi ainsi uneabsorption
qui peut
être trèsgrande
dans certainesrégions spectrales.
Ilimporte
d’abord decor-riger
lesrayonnements
observés de cetteabsorption
et de déterminerquelle
était leurcomposition
avantleur entrée dans
l’atmosphère.
Ilfaut,
pourcela,
con-naître très exactement les coefficients
d’absorption
del’atmosphère,
et comme cetteabsorption
est trèsva-riable,
surtout dansl’ultraviolet,
il est nécessaire de les déterminer au moment des observations. Cette difficulté est commune à toutes les méthodes(’)
et ellea été assez rarement résolue
complètement,
certainsauteurs se bornant à calculer les coefficients
(méthode
d’ailleursinapplicable
dans larégion
où l’ozoneab-sorbe),
d’autres utilisant les valeurs diurnes mesuréespendant
desjours
voisins.b)
Mesures desrayonnements
au sol. - Mais lepoint
Jeplus
important
est la mesure même des rayon-nements au sol. Le manque de sensibilité desrécep-teurs absolus tels que le
bolomètre,
lathermopile,
le radiomètre les a faitrejeter jusqu’ici
par laplupart
des auteurs(’).
Restent lesrécepteurs
sélectifs : cellule,photoélectrique,
plaque photographique. Jusqu’ici
laplaque
photographique
a étépréférée
à la cellule carelle a sur cette dernière les deux
grands avantages
depermettre
d’atteindre à desrayonnements
très faibles parl’emploi
delongues
poses et de fournirl’enregis-trement simultané de toutes les radiations
~~)
Malheu-reusement la détermination des courbes degradation
de laplaque, qui
permettent
de passer des densitésphotographiques
aux intensitésrelatives, présente
desdifficultés réelles et de nombreuses
critiques peuvent
, être faites à la
plupart
desprocédés qui
ont étéemployés
pour les obtenir.En second
lieu,
la mesure des noircissements lelong
desspectres
stellaires est trèsdélicate,
étant donné l’étroitesse de cesspectres.
Pourpouvoir
la faire avecquelque précision
il est bond’augmenter
lalargeur
du
spectre. Mais,
ainsi que nous le verronsplus
loin,
cpt
élargissement
a engénéral
été fait d’unefaçon
qui
ne
permet
pasd’appliquer
correctement les lois de laphotométrie photographique.
c) Source
terrestre decomparaison.
- La troisièmedifficulté n’existe que par suite de la sélectivité du
récepteur :
il est nécessaire dedisposer
d’une sourcede
référence,
aurayonnement
bien connu,permettant
d’éviter,
par des mesurescomparatives,
d’avoir a tenircompte
de cette sélectivité. Onévite, d’ailleurs,
enmême
temps
les corrections due transmission et de dis-(1) Elle est évidemment beaucoup moins grande dans la com-paraison des spectres dune étoile inconnue et d’une étoile type pr;,alablp,m(,nt étudiées, car cette correction devient unediffé-ipnee et peut être faible si les étoiles sont voisines. Mais dans la discussion présente nous n’examinons pas ce cas
(2) Il faut excepter Abbot qui a pu étudier au radiomètre les rayonnements infrarouge et visible de 18 étoiles brillantes, avec une précision d’ailleurs faible 10 pour tlio (3)
ej La cellule n’en permettrai[ que l’en1-;gistrement successif
et les perturbations que pourrait subir Faimo"pbere pendant la
durée de cet enregistrement pourraient introduire des erreurs.
persion
duspectrographe
qui
seraient nécessaires pour des mesures absolues. Cette source decomparaison
doit émettre, autant quepossible,
unrayonnement
nedifférant pas
trop
de celui desétoiles
considérées :comme
certaines,
et enparticulier
celles que nous nous proposonsd’étudier,
ont destempératures
effec-tivesdépassant parfois 200000,
il faut que lespectre
de la source soit très riche en ultraviolet. ur lessources
employées jusqu’ici
ont été des sourcesincan-descentes, flamme
d’acétylène, lampe
à incandescenceou cratère d’un arc au
charbon,
dont lerayonnement,
pas
toujours
très bien connu, est pauvre enultra-violet par suite de leur basse
température.
Il en résul-tait une moindreprécision,
notamment dans l’ultra-violet.Il faut dire
également
quel’emploi
de sources dedimensions finies et à distance finie a en
général
con-duit à ne pas
employer
exactement la mêmeoptique
pour l’obtention desspectres
de la source que pourl’obtention des
spectres stellaires ;
il devenaitainsi
nécessaire d’introduire des termescorrectifs, parfoi
quelque
peu incertaines(1).
Dans le méthode
qui
i va être décrite les difficultésprécédentes
ont été résolues :a)
Par la mesure des coefficientsd’absorption
jus-qu’au
voisinage
de la limite detransparence
del’atmosphère, pendant
les nuits mêmes d’observations ;
1))
Parl’emploi
de méthodes correctes pourl’éiar-gissement
duspectre
et laphotométrie photographique ;
c)
Par l’introduction d’une source de référence richeen
ultraviolet,
sous forme d’une étoileartificielle,
biencomparable
aux étoiles réelles.3. Méthode et
appareillage. -
Nous décrirons sommairement la méthode etl’appareillage
car ilssont à peu
près
les mêmes que ceuxqui
ontdéjà
été décrits dans deprécédents
articles(4
et5)
Spectrographe. -
Lespectrographe
est àprisme
objectif
et sacaractéristique
principale
est de fourn ir desspectres
stellairesélargis
parastigmatisme.
l,es méthodesd’élargissement
desspectres
stellairesgéné-ralement
usitées, élargissement
partrainage
(défaut
de
suite),
petites
oscillations alternatives duspectro-graphe
parrapport
au faisceauincident,
déplacement
du chassis dans sonplan,
nepermettent
pas de définir untemps
de poseayant
unesignification
enphoto-métrie
photographique :
letemps pendant
lequel
la lumière a réellementimpressionné
chaque point
duspectre
reste très maldéterminé ;
or iljoue
un rôleprimordial
enphotométrie
(2).
La méthodeC:i)
que nousemployons permet
au contraired’impressionner
simul-tanément tous lespoints du spectre
et letemps
de(i) De nombreux auteurs ont évité la difficulté précédente en prenant comme source de référence une étoile au rayonnement
supposé connu mais ils nP faisaient ainsi que dPs études compa-ratives et nous nous attachons ici aux mesures directes des
rayonnements stellaires.
(2) Il n’est cependant pas impos~i111(’ de tourner cette difficultè.
C’est ce qu’a fait )1. J Bail!aud (b).
139
pose se
trouve,
parsuite,
parfaitement
bien connu. Lespectrographe
S estconstitué,
commel’indique
le schéma de lafigure
1 : les 2prismes
de301,
sont les 2 moitiés d’unprisme
de Corllu(hauteur
îU mm, lon-veneur de la base 7iimm)
(1) :
ladisposition figurée
a-été
préférée
à ladisposition
habituelle(deux
prismes
,-contigus
par lagrande
face del’angle droit)
pour des raisons de luminosité : la section du faisceauqui
con-court à la formation du
spectre
estainsi,
environ 1,4lois
plus grande
qu’avec
ladisposition classique.
L’objectif
0 est une lentillesimple,
enquartz,
de60 cm
de distance fo-cale moyenne et de 90 mm dediamètre,
satisfaisant à lacon-ditiondes sinus. Grâce à une inclinaison de
la lentille autour de
sondiamètreparallèle
à l’arète du
prisme,
qui
lui fait faire unangle
d’environ 8°avec la
position
nor-male au faisceau
moyen, les diverses
images
monochroma-tiques
ponctuelles
de ~ 1étoile, qui,
pour uneposition
normale de0,
composeraient
lespectre,
sontrempla-cées chacune par un
système
de 2 focales : Flâ. Lles diverses focales
tangentielles,
ali-zonées
côte àcôte,
constituent unspectre
parfaitement
net,
de 1 mm de hauteur moyenne, que l’on recueillesur la
plaque
photographique
(2).
Le faisceauincident,
dont la section est déterminée par lesprismes,
s’inscrit dans la lentille sans subir dediaphragmation
appré-ciable : cette section est
rectangulaire.
Il en résulte queéclairement est uniforme le
long
d’une focale(3),
fait trèsimportant
pour l’étudemicrophotométrique qu’il
faut faire des
spectres.
La
longueur
d’unspectre
entre 4 861 et 3 000 A est de 30 mm. Onpeut
obtenir de bonsspectres
d’étoiles Bjusqu’à
lamagnitude
3 avec des poses nedépassant
pas 10 minutes sur
plaqùe
GuilleminotFulgur.
Leréglage
duspectrographe
n’est valable que(1) Nous remercions vivement M. P. Lambert qui a bien voulu
nous prêter ces prismes.
~1) La hauteur de ce spectres varie avec la longueur d’onde : ’elle va en décroissant vers l’ultraviolet par suite d’une diminu-tion de l’astigmatisme. C’est là une circonstance favorable : la faible dispersion dans le bleu est compensée par un plus grand
étalement en hauteur, et la grande dispersion dans l’ultraviolet
par un plus faible étalement en hauteur. De la sorte, les noir-crissements se trou vent plus régulièrement répartis d’un bout à
Vautre du spectre.
(3) Sauf sur l’extrême bord du spectre.
lorsque
l’étoile étudié0 se trouve dans une directiondéterminée,
définie par la lunette L(distance
focale del’objectif :
1,50
m)
rigidement
liée auspectrographe.
L’ensemble
lunette-spectrographe
est fixé sur unpetit
équatorial.
Source de
comparaison. -
Pourpouvoir
obteniravec le même
système optique,
lespectre
de l’étoile etcelui de la source terrestre choisie comme étalon de
répartition énergétique,
nous réalisions une étoile artificielle enplaçant
la source à une distancesuffi-sante,
600 m, pour que lespectrographe réglé
pourl’infini,
puisse
en donner unspectre
net(1).
Le
principal
inconvénient de cette méthode estqu’elle exige
uneatmosphère
bien constantependant
la durée deprise
desspectres.
La correction à intro-duire pour tenircompte
del’absorption
apparente
par diffusion que subit la lumière avant d’atteindre lespectrographe,
est trèspetite,
la différence des densitésoptiques
de 600 m d’air pur à lapression
atmosphé-rique normale,
pour les radiations 4 500 et 3 100n’atteignant
pas0,025
dans le domainespectral
étudié. Pour l’étude de larégion spectrale
4500-3000 À nous avonsadopté
comme source le tube àhydrogène
deChalonge
etLambrey
(2).
Lespropriétés
duspectre
continu donné par ce tube ont étélonguement
étudiées dans des travaux antérieurs(8) :
il a lesavantages
d’avoir une
répartition énergétique
presqueindépen-dante du courant d’excitation et d’être très riche en
ultraviolet. La courbe
d’énergie
adéjà
obtenue(8
et9),
mais nous l’avons déterminée une fois de
plus,
dansdes conditions aussi voisines que
possible
de celles del’emploi ;
letube,
alimenté par le mèmecourant,
9milliampères
sous 1 000volts,
que pour les étudesstellaires,
étaitdisposé
derrière unpetit
trouplacé
à 50 mètres duspectrographe qui
vient d’être décrit(ce
dernier étant mis aupoint
pour cettedistance).
Sonspectre
étaitcomparé
parphotométrie
photogra-phique
(1)
à celui d’unelampe
étalon deIiipp
et Zonen à ruban detungstène
7" === 2 700°K)
sousenveloppe
dequartz :
on substituait cettelampe
au tube derrière letrou. La
figure 2
donne la courbed’énergie
duspectre
del’hydrogène
ainsi obtenue dans l’intervallespectral
qui
nous intéresse ; elle diffère très peu de cellequi
avait été trouée antérieurement parChalonge
etNy
Tsi-Zé
(9) 1’).
Pour bien montrerl’avantage
de cespectre
sur celui des corps noirsréalisables,
on areprésenté
sur la mêmefigure
les courbesd’énergie
decorps noirs à 2 7U0°
(lampe
deIiipp
et Zonenqui
aservi à la
comparaison)
et à 3 800°(caractère
positif
de l’arc aucharbon)
et celles de corps noirs à 7 000",140000 et 95 OOU’ dont se
rapprochen
tbeaucoup
les (1) On fait au be;oin une légère correction de mise au point. (2 ) ModèLe Dunoyer, construit par la (Voir 7 et 8.)j3) Voir plus loin la méthode employée (p. 140).
rayonnements
stellaires(~).
Onpeut
voir ainsi lagrande
supériorité
del’hydrogène
dans l’ultraviolet.Fig. 2. - Pour des raisons de commodité, on a porté en ordon-nées les log des intensités et on a amené toutes les courbes à
passer par un même point.
L’inconvénient du tube à
hydrogène
est que sonrayonnement
devient très faible au-dessus de4500 À ;
deplus
les raies duspectre
de la moléculed’hydrogène
le recouvrent engrand
nombre dans cetterégion.
Mais dans ce domainespectral
deplus grande longueur
d’onde les sources incandescentes
peuvent
constituer de bonnes sources de référence. Aussi nousproposons-nous, pour des études futures d’utiliser simultanément
comme étalons le tube à
hydrogène
et lalampe
àincandescence constituant deux étoiles artificielles voisines : il sera ainsi
possible
d’étudier simultané-ment tout le domainephotographique.
Courbes de
gradation. -
Nous avons utilisé lamé-thode très correcte de
photométrie photographique
àtemps
de pose constant : letemps
de. pose était le même pour tous lesspectres
pris
sur une mêmeplaque.
Les courbes degradation
étaient déduites d’une série despectres
de l’étoile artificielle dont lamagnitude
étaitprogressivement
modifiée. Pour cela l’extrémitédu
capillaire
(diamètre
6mm)
du tube àhydrogène
étaitplacée
aufoyer
d’une lentille dequartz
de 25 cmde distance focale moyenne et de 30 mm de diamètre : le diamètrE de la zone
éclairée,
à 600 m dedistance,
était d’environ 15 mètres et il était facile d’orienter (i) En réalité le tube à hydrogène étant étalonné au moyen d’une lampe à incandescence, c’est bien cette lampe que l’on compare indirectemen t aux étoiles, mais, alors qu’une seule pose permet d’obtenir un bon spectre de l’hydrogène utilisable due 4 500 à 3 000 -1 pour les comparaisons steilaires, il faudrait
toute une série de spectres de la lampe à incandescence, diver-sement affaiblis dont les uns seraient très sous-exposés dans un
certain domaine, les autres très surexposés dans un autre. De plus la surveillance du tube est bien plus facile que celle de la lampe à incandescence : une petite variation de la tension
d’ali-mentation, modifie beaucoup le spectre de la lampe et très peu celui du tube.
l’axe de ce faisceau exactement sur le
spectrographe.
L’éclairement de la
première
face duprisme
était alorsexactement le même que si la lentille condensatrice avait eu une brillance constante
égale
à la brillance moyenne ducapillaire.
Enplaçant
tout contre la len-tille condensatrice desdiaphragmes
circulaires desur-face variant en
progression
géométrique
(diamètre
variant de
1,65
mm à 9,5mm)
on faisait varier suivant la même loi l’éclairement duprisme
duspectrographe
et l’intensité du
spectre
photographié.
Onprenait
ainsi 6spectres
degradation
(rapport
des éclairements extrêmes :32).
Ces
spectres
ont un noircissement trèsrégulier
et presque uniforme dans toute leurlongueur.
Leur den-sité est mesurée pourchaque
radiation sur leursenre-gistrements
aumicrophotomètre.
Lafigure
3représente
les courbes degradation
que l’onpeut
en déduire pourdiverses
longueurs
d’ondecomprises
entre 4 500 et3 000 Â. Les
points expérimentaux
seplacent
très biensur les courbes ce
qui
est une preuve en faveur de laprécision
de la méthode. Ces courbes varientbeaucoup
avec la
longueur
d’onde et l’on voitqu’il
est absolu-ment nécessaire d’en tracer le réseau aussicomplet
quepossible
(1).
Fig. 3. - Pour tracer
ces courbes de gradation on a porté en
abscisses les log des intensités, en prenant pour unité d’inten-sité pour chaque radiation, l’intensité qu’elle a lorsque le diaphragme a l’ouverture maximum. En ordonnées, au lieu de porter les densités photographiques d, on a porté Je log des. déviations y du spot du microphotomètre : ceci est parfaite-ment justifié puisque cl -- Cte - log y.
~
Le fait que les courbes de
gradation
sont faites à.partir
d’une source intermittente(tube
àhydrogène
excité en courant
alternatif)
etqu’elles
sont utilisées pour étudier des sources constantes dans letemps-(étoiles)
n’a pasd’importance : Chalonge
etNy
Tsi Zéont montré que le
rayonnement
du tube étaitassimi-lable,
aupoint
de vue de son action sur laplaque, à
celui que donnerait le tube excité par un certain courant continu
(18).
(~) Le réseau que nous utilisons pour nos déterminations est
141 4. Observations et réduction des clichés.
-Mesures des coefficients
d’absorption
del’atmos-phère.
- Il estindiqué
de réduire leplus
possible
l’importance
des correctionsd’absorption
en faisantles observations dans une station élevée.
C’est
pour-quoi
ce travail a étéaccompli
à la StationScientifique
duJungfraujoch (alt.
3 457 m,pression
moyenne 505mm)
(1).
Les coefficients
d’absorption
étaient déterminés àpartir
despectres
deVéga pris
à des distances zéni-thales croissantes, tous avec le mêmetemps
de pose,5 minutes. Pendant
chaque
nuit d’observation uncliché était réservé à ces
spectres ;
ils étaientpris
à des heures telles que la masse d’air traversée(séc ~)
0, croissait d’environ
0,2
de l’un àl’autre,
sesvaleurs
extrêmes étant
1,01
(passage
auméridien, 1
8’>env.)
et
2,55
(Aube ~
= û’ΰenviron).
Après développement (2)
etenregistrement
aumicro-photomètre
de tous lesspectres
(spectres
deVéga
et o,spectres
degradation)
on calculait lerapport il
del’in-tensité de
chaque
radiation ), duspectre
deVéga
à celle de la radiationcorrespondante
de l’étoile artifi-cielle. Les courbesdonnant,
pourchaque
1, ,
lavaria- 0
tion delog 1,
en fonction de la masse d’air ont ététrou-vées
rectilignes pendant
les trois nuits d’observation(16-17, 17-18,
18-19 août~.93~).
Les
pentes
de ces droitesreprésentent
la densitéoptiques
del’atmosphère
auJungfraujoch,
pour lesdiverses radiations. A
partir
des valeurs des densitéscorrespondant à
deuxlongueurs
d’ondeinégalement
absorbées par l’ozone
(par exemple
3 268 et 3130A)
il cst facile decalculer,
comme il a étéindiqué
dans unautre travail
(1~), l’épaisseur
.x d’ozone. Connaissant xet les coefficients
d’absorption
del’ozone,
onpeut
calculer la densité
optique
de l’ozone et la retrancher des densitésoptiques
déterminées(1).
On obtient ainsi pourchaque
longueur
d’onde la valeur de la densitéoptique
a~ résultant despertes
de lumière par diffusionet par
absorption
par lespoussières,
cristaux deneige,
etc.La
figure 4
représente,
pour la nuit du 16 au17
août,
la variation de d en fonction de 101a ~,-~{où
~, est enÀ) :
lespoints expérimentaux
s’alignent
bien au
voisinage
d’une droite. Pour les deux autresnuits il en est de mêmp. Les trois droites ont le même coefficient
angulaire,
mais leurs ordonnées à,l’origine
a diffèrentlégèrement.
La valeur du coeffi-cientangulaire
est0,300
pour lapression
505 mm.(1) L’équatorial était installé sur la terrasse supérieure du
bâtiment. Pour l’obtention des spectres de graqation nous opé-rions dans le tunnel du Jungfraubahn qui présente une longue partie rectiligne entre Eismeer et les Môneli-SLollen Les rails
constituaient des bancs d’oplique très précieux pour l’orienta-tion du spectrographe et du tube à hydrogène.
Nous remercions très vivement àI. Liechti directeur de Jung-fraubahn, qui nous a donné toutes les facilités pour le transport
et l’installation de nos appareils.
(2) Les plaques étaient toujours développées un jour au moins après la prise du dernier spectre. Le développement était fait à
18o C environ, pendant 5 minutes, dans un révélateur à grand
contraste (il).
(v) Dans un prochain article nous reviendrons sur les détails de ce calcul et sur quelques difficultés qu’il soulève.
Elle serait donc
O,44~
sous lapression
normale,
valeur voisine des meilleures déterminations(1).
8représente
l’absorption,
indépendante
deÀ,
due auxpoussières,
etc., ensuspension.
Ses valeurssucces-cessives ont été 0
pendant
la nuit du 16 au 17août,
(atmosphère purifiée
par de nombreuses précipita-tions au cours d’unepériode orageuse),
0,03
du 17 au18
(très
grand
vent soulevant des cristaux deneige) (1)
et0,025
du 18 au 19.Fig. 4.
°
Spectres
stellairps. - Pendantchaque
nuitd’ob-servation,
lesspectres
stellaires étaientphotogra-phiés
surplusieurs plaques,
réservées,
les unes auxposes de 5
minutes,
les autres aux poses de 10 minutes.Chaque plaque (9
X9 ~) pouvait
contenir unedizaine de
spectres,
enplus
des sixspectres
de gra-dation. Les étoiles étudiéesappartiennent
toutes auxpremiers
types spectraux,
principalement
auxtypes
Aet B.
L’étude de ces
spectres
se faisait sur leursenregis-trements au
microphotomètre (fig. 5).
Grâce à ces
enregistrements,
il estpossible
de définirplus
exactement lespectre
continu que l’onveut étudier. Les
spectres
des étoiles despremiers
types spectraux ayant,
engénéral,
relativement peude
raies,
le fond continuapparaît
en de nombreuxpoints
et les courbesenveloppes
tracées en traitdis-continu sur les
enregistrements, joignent
cespoints
etreprésentent,
defaçon
trèsvraisemblable,
la courbequ’aurait
donnéel’enregistreur
si les raies n’avaient pas existé. Cette méthodesimple
de détermination du fond continu rencontre toutefois deux difficultés.La
première
seprésente
dans larégion
où les raies de Balmer se serrent et où leurs ailes serejoignent
etempêchent
de voir le fond continu : dupoint
B à (’) 0,434 en moyenne d’après LANGLEY et ABBOT (1).(*2) Cette valeur de ~ est une valeur moyenne : 8 a dù varier
3 700 _~ environ. Il n’est
plus possible
alors que de faire uneextrapolation
BC assez incertaine et peuutilisable.
La deuxième difficulté tient à
l’absorption
tellu-rique.
Dans lesrégions spectrales
oùl’absorption
del’atmosphère
terrestre se réduit àl’absorption
appa-rente par diffusion
jet
c’estpratiquement
le cas dansune
grande
étenduespectrale
visible etultraviolette,
ici entre A etE),
cetteabsorption
étant une fonction continue etrégulièrement
décroissante de lalongueur
d’onde,
le tracé de courbes continues telles que ABCet DE est
parfaitement
justifié.
Mais à cetteabsorp-tion par diffusion se
superposent
desabsorptions
très sélectives dues àl’oxygène,
à la vapeur d’eau etsur-tout à l’ozone. Dans le domaine
spectral
étudié,
seule est à considérerl’absorption
par l’ozone : cetteabsorp-tion est formée de bandes très accusées et rendrait.
absurde le
prolongement
vers les courteslongueurs
d’onde de la courbeponctuée
DE par une courbecon-tinue
tangente
aux maxima de la courbeenregistrée.
Pour laprolonger
defaçon
correcte,
nousprocédons.
ainsi : nous commençons par
corriger
le tracé dumicrophotomètre
del’absorption
due à l’ozone. Il esttrès
facile,
connaissant les courbes degradation
de laplaque,
de déterminerquelle
serait la forme de la courbe tracée par lemicrophotomètre
si la densité.optique
del’atmosphère
étaitdiminuée,
pourchaque À
>d’une
quantité égale
à la valeur del’absorption
par l’ozone séc. ~. Cette courbepasserait
par lespoints
portés
sur lesenregistrements (petits cercles
on
peut
alors aisémentprolonger
la courbeDE,
en EF.La courbe
représentant
le fond continupeut
ainsi setracer
complètement
et d’unefaçon
assez sure(sauf
enBC).
On voitqu’elle
se compose de deux branchesABC et DEF. La discontinuité entre C et D est attri-buable
(pour
toutes les étoilessauf y
Cassiopeiae)
à.
l’absorption
cootinuequi
accompagne la série deBal-mer. Le
spectre
continu d’émission DEF diffèredonc-du fond continu ABC par le fait que les radiations
qui
le
composent
ontsubi,
avant dequitter
l’étoile,
uneabsorption supplémentaire.
Lespectre
DEF n’est donc certainement pas lespectre
de laphotosphère.
Ce der-nierspectre
n’a de chancesd’apparaître
qu’en
ABC : il estcependant
possible
que même dans cetterégion
. il soit modifié par une
absorption
del’atmosphère
.stellaire,
parexemple, ainsi
que lesuggère Dufay (I3),
par le
spectre’d’absorption (probablement faible)
lié à.
la série de Paschen.
:
Pour iCassiopeiae,
c’est t en émission que semani-!
feste le
spectre
continu lié à la sériede Balmer,
mais : des remarques tout à faitanalogues
auxprécédentes.
:
s’appliquent
à ce cas : lespectre
de laphotosphère
apparaît
sans doute enABC,
mais en DEF l’émissioncontinue de
l’hydrogène
lui estsuperposée.
L’abscisse de la discontinuité entre les deux
paliers
est,
dans tous les cas, voisine de 3 700 A, mais elle-varie un peu(’).
Les
opérations
successives à effectuer maintenant pour arriver aux courbesd’énergie correspondant
aux tracés ABCDEF sont t très
simples.
Elles consis-tent à :9.
Déterminer,
gràce
aux courbes degradation,
lerapport 1,
de l’intensité dechaque
radiation duspectre
continu défini par la courbeenveloppe ABCDEF,
àl’intensité
correspondante
de l’étoileartificielle;
2.Corriger
cerapport
del’absorption
apparente
par diffusion déterminéeprécédemment,
defaçon
à obtenir la valeurio,, de i;,
en dehors del’atmosphère
terrestre ;
3.
Multiplier
par l’intensité de l’étoile artificielled’hydrogène
pour la mêmelongueur
d’onde(d’après
la courbe de la
figure
2).
On obtient ainsi les valeurs des intensités I des diverses radiations des fonds continus stellaires défi-nis
précédemment.
Les courbesd’énergie
ainsi déter-minées sontreprésentées
sur lafigure
6 : enordon-nées sont
portés
leslog
(décimaux)
desintensités,
dans une mêmeéchelle,
de sortequ’il
estpossible
de comparer entre elles les intensités des radiations des diverses étoiles étudiées.Précision des déterminations. - La
plupart
des courbesprécédentes représentent
la moyenne de deux déterminations faites àpartir
de deuxspectres
obtenuspendant
des nuits différentes sur des clichés différents. Les courbeslog
I =f (~,)
correspondant
àune même étoile et
provenant
de l’étude despectres
différents sonttoujours
très sensiblementparallèles :
il en résulte que la forme de la courbe de distributionde
l’énergie
1 en fonrtion de lalongueur
d’onde est biendéterminée,
mais que ses ordonnées ne sontcon-nues
qu’à
un facteur constant Kprès.
Ce facteur est d’ailleurs très voisin de 1 engénéral :
-. en effetlog
Kreprésente
la translationqu’il
fautimprimer
à chacune des deux courbesf (1,),
relatives à uneétoile,
pour les amener à coïncider avec la courbe moyenne
représentée figure
6 ;
or, si les deuxspectres comparés
ont étépris pendant
lapremière
et la troisièmenuit,
log
Kest engénéral
de l’ordre deO,O l ;
pourquelques
étoilesseulement,
dont l’un desspectres
a été obtenu dans la seconde nuit(vent violent) log
K estplus grand
et
peut
atteindre 0.05(1 ).
Dans le tableau sont
indiqués,
en face des noms desétoiles étudiées
(1re
colonne),
dans laquatrième
co-lonne,
les nuits d’observationet,
dans lacinquième
colonne,
la valeur delog
lC.Les valeurs de
log
7C ne définissent que laprécision
avec
laquelle
ont été faites lescomparaisons
entre la courbed’énergie
dechaque
étoile et celle del’hydro-gène.
Pour caractériser laprécision
des courbesd’énergie
stellaires il faudrait surtout tenircompte
del’incertitude existant sur celle du tube à
hydrogène
et par suite sur celle de la
lampe
à ruban detunsgtène
qui
a servi d’étalon fondamental: des étudesnom-(1) Cela montre que pendant cette nuit les coefficients d’absorp-tion de l’atmosphère ont fluctué autour de la valeur moyenne déterminée (a a varié).
breuses sont nécessaires pour fournir ce
renseigne-ment. Elles ne sont pas encore terminées
(1).
5.
Interprétation
des résultats. - Les résultats brutsprécédents peuvent
être caractérisés par divers facteurs. Lepremier
est latempérature
de couleur de l’étoile : il est déterminé par lepremier palier
(3700-4500À)
de la courbed’énergie.
Les autres définissentl’absorption
continue del’atmosphère d’hydrogène.
Températures
de couleur. - Sansfaire
d’hypo-thèse sur
l’origine
durayonnement
continuqui
se voitentre les raies de
Balmer,
onpeut
essayer de lecarac-tériser par la
température
du corps noir dont la courbed’énergie
est laplus
voisine de la sienne pro-pre : c’est la «température
de couleur » T del’étoile,
L’étroitesse du domainespectral
utilisable pour la détermination des «températures
de couleur o, 3700-£à00 À, ne nous a paspermis
de rechercher si certainsrayonnements
stellairespouvaient
être assimilésrigoureusement
avec ceux de corps noirs. Nous nous sommes bornés à déterminer une valeur de Tcarac-térisant ce
domaine,
encomparant
lepremier palier
(4500-3700 Â)
de chacune des courbes desfigures 6,
avecle réseau R des courbes donnant la variation du
log.
de l’intensité durayonnement
du corps noir en fonctionde î, pour toutes les
températures
comprises
entre5000° et 4000°,
de 1000 en 10O0’’ : au dessus de 1000003BF"ces courbes sont très sensiblement
rectilignes
dans larégion
spectrale
considérée. Pour laplupart
desétoiles,
lepalier
de la courbeexpérimentale
estrecti-ligne
et a pu être amené à coïnoicler exactement avecune des courbes du réseau.
Les
températures
déterminées sontportées
dans la sixième colonne du tableau I.Une
petite
erreur sur lapente
moyenne de la courbeexpérimentale (fig. 6) qui
se traduirait par une erreurde 25U° sur T à
â 000°,
en entraînerait une de 3000° à20000° et de 8000° à 30000°. La forme des courbes du réseau R varie en effet
beaucoup
moins vite vers3000U°
qu’aux
bassestempératures (voir
fig.
2) :
unchangement
deplusieurs
milliers dedegrés
vers 300( 10°modifie très peu la distribution de
l’énergie
dans lespectre
d’un corps noir entre 3700 et 4 50U À.Absorption
continue del’hydrogène. -
Si l’on admet que laphotosphère
des étoiles étudiées rayonne effectivement comme le corps noir àtempérature T,
onpeut
prolonger
sur lesgraphiques (fig.
6) donnant les courbesd’énergie
la courbereprésentant
lerayon-nement
photosphérique,
au-dessous de 3 74JO l(courbe
ponctuée),
L’écart entre cette courbe et la courbeexpérimentale
représente
la densitéoptique
D de (1) Une première étude grossière de 4 étoiles avait été faite à Arosa par une méthode analogue, mais avec un matérielentiè-rement
diftérent (12).Les courbes
de distribution de l’énergie enavaient été données. précises seulement dans l’ultraviolet : .pour les deux étoiles communes aux deux étudies, Véga et y
Cassio-peiae, le second travail donne dan; l’ultraviolet des courbes
log 1 = F (~,) parallèles à celles trouvées dans le premier (le
régime des tubes à hydrogène employés dans les deux cas
145
l’atmosphère
stellaire pour les diverseslongueurs
d’onde. On voit que cette densité
optique
est,
dans laplupart
des cas, une fonctionlinéaire,
ou à peuprès
linéaire,
de )~ : D =Do
+ p (3
700 -X)
oùDo
repré-sente la valeur de D
pour la
longueur
d’onde3 i001 (~).
Dpeut
donc être caractérisée par les 2paramètres Do
et p :
leurs valeurs sont données dans les colonnes 1 et 8du tableau.
Do
représente
la discontinuité de la courbed’énergie.
C’est leplus
sûr des deuxparamètres :
eneffet p dépend
dela façon
dontl’extrapolation
est faite. Aucontraire,
Do
est non seulementindépendant
decette
extrapolation,
mais même des erreursqui
pour-raient être commises sur la valeur de
l’absorption
atmosphérique.
TABLEAU.
Pour y
Cassiopeiae,
Do n’a
plus
la mêmesignification
que pour les autresétoiles,
puisqu’il
n’y
aplus
absorp-tion par
l’hydrogène,
mais émission. Il doit être considérésimplement
comme la différence desordon-nées de deux courbes : le
signe
- lui a été affectépour montrer que cette différence n’a pas le même
signe
que pour les autres étoiles.Comparaison
des résultatsprécédents
avec ceuxde Yü et de
Karpov. -
Des étudesanalogues
auxpré-cédentes ont été faites à l’observatoire Lick par
Ching-Sung
Yü(14)
etKarpov
(15).
Mais il nous semble que nos résultats sontbeaucoup plus
précis
que ceux de ces auteurs. Lescritiques
suivantespeuvent
être faitesaux méthodes
employées
par eux.1. Leurs courbes de
gradation
étaient insuffisantes : Yü n’utilisaitqu’une
seule courbe pour tout le domainespectral
étudié :(5000-3400 Ã).
L’examen des courbes de lafigure
3 montrequ’il
devait en résulter degros-ses erreurs. La méthode de
Karpov
était meilleure : ildéterminait en effet
plusieurs
courbes dans larégion
(1) Bien que la discontinuité entre les deux paliers des courbes
d’énergie (fig. 6) ne se produise pas toujours pour la longueur
d’onde 3 700 À, nous avons appelé, dans tous les cas, Du la dif-férence d’ordonnées correspondant à la longueur d’onde 3 700 1.
visible mais une seule dans
l’ultraviolet,
aussi lapré-cision de ses déterminations dans ce domaine
devait-elle rester assez faible.
De
plus,
lesspectres
stellaires,
qu’ils
élargissaient
par
traînage
étaient obtenus en untemps
différantbeaucoup
de la poseemployée
pour lesgradations.
2. Le tracé des courbesqui
correspondent,
pour Yü,
à nos courbes
enveloppés (.~
B C D E sur lesenregis-trements),
nous semblecritiquable :
iladmet,
eneffet,
que
l’absorption
continue del’hydrogène
commenceavant les dernières raies de la série de Balmer
(dans
larégion
où se trouvent cesraies)
et croit lentementjusqu’à
la dernière(alors
que cette apparence est due àl’empiètement
des ailes de cesraies) :
aussi le tracéde sa courbe de fond continu diffère-t-il du nôtre. Il
admet,
deplus,
quel’absorption
continue del’hydro-gène
dans lespectre
de l’étoile choisie comme étalonde
répartition énergique . ( Ophiuchi,
estnulle,
et cela doit fausser sensiblement le tracé de sa courbed’éner-gie.
Il est donc àprévoir
que, pour ces deuxraisons,
les valeurs de D trouvées par Yü doivent ètretrop
faibles : il en est en effet ainsi pour les 5 étoiles com-munes à nos deux études.classification actuelle des étoiles est fondée sur
l’as-pect
des raies visibles dans leurspectre.
L’absorption
continue del’hydrogène
dans lesspectres
stellairesprésentant
certainement une corrélation avec lesraies,
on
pouvait
prévoir
une corrélation entre laquantité
Do
et le
type
spectrals
Cettecorrélation,
déjà indiquée
par Yü et parKarpov, apparaît
sur legraphique
de lafigure
7 : en abscisses sontmarqués
despoints
équi-distants
représentant
les subdivisions des trois pre-mières classesspectrales
B, A,
F et en ordonnées lesFig. 7. - Les
points expérimentaux marqués Y sont relatifs à
3 déterminations de Do faites à Arosa (1:2}, pour 0: Lyrac (AO), aVirginis (B2) et a Leonis (B8).
valeurs de
Do.
Bien que le nombre depoints
soit trèsinsuffisant,
on voit bienqu’ils
seplacent
aux environs de la courbefigurée :
laproportion d’hydrogène
dansl’atmo~phère
croît,
dès letype
BO(et
non passeule-ment, dès B 3, comme le disait
Yü)
et semble passerpar un maximum vers AO pour décroître ensuite
~1).
Lorsque
des donnéesplus
nombreuses aurontpermis
de
préciser
le résultatprécédent
il n’est pasimpossi-ble que l’on
puisse,
comme l’aproposé
Karpov,
basersur ce caractère un mode de classification des étoiles
(1) L’importance de l’absorption continue de l’hydrogène liée à la série de Balmer pour les étoiles de types voisins de AO, rend
vraisemblable l’existence, au moins dans ces étoiles, d’un spectre continu, plus faible, accompagnant la série infrarouge
de Paschen : si l’existence d’un tel spectre est prouvée pour une étoile, sa températut e de couleur ne pourra plus être regardée
comme représentant la température c1e sa photosphère, mails Du
gardera la même signification.
de
premiers types spectraux.
Lesrègles
utiliséesjus-qu’ici
pour leurclassification,
sont en effet moinsnettes que pour les
types
plus
avancés et aucunen’utilise le
spectre
del’hydrogène
malgré
le rôle fonda-mental que cet élément semblejouer
dans ces étoiles.Tü a encore
signalé
une corrélation entreDo,
latempérature
et lamagnitude
absolue(’).La
magnitude
absolue d’une étoile est en effet étroitement liée à sadensité. Or l’intensité du
spectre
continud’absorption
del’hydrogène (c’est-à-dire
la valeur deDo)
mesureplus particulièrement
laproportion
d’atomesd’hydro-gène
ionisés,
proportion
qui
doitdépendre
de 1~ et de la densité. Il nous aurait fallu des donnéesexpérimen-tales
plus
nombreuses pourpouvoir
tenter de vérifier le résultat annoncé par Vïl :l’imprécision
des donnéesqu’il
a utilisées rend ce contrôle nécessaire. Si cettecorrélation
existe,
elle pourra fournir pour les étoiles despremiers
types spectraux
une nouvelle méthoded’estimation des
magnitudes
absolues,
qui
sont des données d’uneimportance
fondamentale.Entin notre travail nous a
permis
de mesurer laquantité
p :Karpov
en avait bien vul’importance
mais aucune étude n’avait été
poussée jusqu’ici
suffi-samment loin dans FultraTiolet pourpermettre
sadétermination. Cette donnée pourra
fournir,
elle aussi.de très utiles
renseignements
sur la constitution desatmosphères
stellaires. Onpeut
simplement
direjus-qu’ici qu’il
semble exister une corrélation assez étroiteentre p
etDo,
en moyenne 1) croît avecDo.
Ces
quelques
indications montrent, toutel’impor-tance que
présentent
des études telles que cellesqu’amorce
leprésent travail,
pour la connaissance desatmosphères
stellaires(1).
Nous voulons en terminant, remercier très vivement
Esclangon,
Fabry
et Ni. Bosler pour l’aidequ’ils
nous ont donnée pour
entreprendre
ces recherches.Nous
exprimons
également
toute notre reconnaissanceau D, W. R. Hess et à lI. Maurain
qui
nous ont fourni l’autorisation et les moyens de travailler à la StationScientifique
duJungfraujoch.
Lesdépenses
ont été couvertesgrâce
à une subvention Arconati-Visconti.(1) (~~Jj s’occupe actuellement de cette question.
(2) Les calculs et la rédaction de ce travail ont rté effectués au
cours d’une mission en Laponie. L’insulfisance de dücu-ments nous a empêché de faire toutes les comparaisons que nous
aurions désirés entre nos iésultats et ceux obtenus anté, ieu-rement par d’autres auteur.
Manuscrit reçu le 20 février 19115.
BIBLIOGRAPHIE
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