QCM : Formation de l’Univers et nucléosynthèse — 20 questions

Explication

L’unité astronomique correspond à la distance moyenne Terre-Soleil, soit environ 150 millions de kilomètres. L’année-lumière mesure une distance parcourue par la lumière, tandis que le parsec repose sur un angle de parallaxe.

Explication

Un parsec est la distance à laquelle une unité astronomique est vue sous un angle d’une seconde d’arc, ce qui permet notamment de mesurer des distances stellaires par parallaxe. L’année-lumière est définie par le trajet de la lumière pendant un an.

Explication

L’année-lumière est une unité de distance égale au trajet parcouru par la lumière en un an, soit environ $9{,}46 \times 10^{12}$ km. Le parsec est fondé sur la parallaxe, tandis que l’unité astronomique est adaptée aux distances du système solaire.

Explication

Une galaxie contient environ $10^9$ à $10^{11}$ étoiles, du gaz interstellaire, des poussières et du vide. Les amas et les superamas décrivent plutôt l’organisation de plusieurs galaxies.

Explication

Les galaxies se regroupent en amas, et la Voie lactée appartient à l’amas local avec Andromède et le Grand Nuage de Magellan. Les bras spiraux sont, eux, des structures internes à une galaxie.

Explication

La loi de Hubble donne $v=H\times d$, donc $v=70\times20=1400$ km/s. L’effet Doppler sert à mesurer le décalage spectral permettant d’estimer cette vitesse, mais il ne remplace pas la relation de Hubble.

Explication

L’âge approximatif de l’Univers est estimé à 13,8 milliards d’années à partir de l’inverse de la constante de Hubble. Le fond cosmologique a été émis environ 380 000 ans après le Big Bang, ce qui ne constitue pas l’âge de l’Univers.

Explication

L’Univers a d’abord connu une phase très dense et chaude, puis la formation des nucléons, la nucléosynthèse des noyaux légers, et enfin la formation des atomes avec la libération du rayonnement. Le fond cosmologique apparaît donc après les premières étapes nucléaires.

Explication

Le fond cosmologique est le rayonnement fossile émis environ 380 000 ans après le Big Bang, lorsque les électrons se sont associés aux noyaux et que l’Univers est devenu transparent. Il est aujourd’hui observé principalement dans le domaine millimétrique.

Explication

La nucléosynthèse primordiale produit successivement des noyaux d’hydrogène, de deutérium, de tritium et d’hélium pendant les premières minutes cosmiques. Elle ne forme pas encore des atomes complets, car ceux-ci apparaissent après l’association des noyaux avec des électrons.

Explication

L’hélium-4 est un noyau particulièrement stable, tandis que le refroidissement de l’Univers empêche la poursuite efficace des réactions de fusion. Les éléments plus lourds sont surtout produits ultérieurement dans les étoiles et lors d’explosions stellaires.

Explication

Une étoile naît par effondrement gravitationnel d’un nuage interstellaire, qui forme une proto-étoile, puis traverse un stade T-Tauri avant d’entrer dans la séquence principale. La fusion stable de l’hydrogène commence lors de cette dernière étape.

Explication

Le diagramme de Hertzsprung-Russell classe les étoiles selon leur luminosité et leur couleur spectrale, laquelle renseigne sur leur température de surface. La masse influence l’évolution stellaire, mais elle ne constitue pas l’axe principal de ce diagramme.

Explication

Dans une étoile de faible masse, l’hydrogène fusionne d’abord en hélium, puis l’épuisement de l’hydrogène provoque la contraction du cœur et la fusion de l’hélium. L’étoile devient ensuite une géante rouge avant de former une naine blanche et une nébuleuse planétaire.

Explication

Une étoile massive produit par fusion des éléments allant de l’hydrogène jusqu’au fer, organisés en couches successives. Les éléments plus lourds que le fer se forment surtout pendant des phénomènes explosifs comme les supernovas.

Explication

Lors d’une supernova, le cœur de fer s’effondre et les protons capturent des électrons pour devenir des neutrons, tandis qu’une onde de choc expulse les couches externes. La supernova ne correspond donc pas à une simple dilatation d’un cœur d’hélium ou d’hydrogène.

Explication

Les captures rapides de neutrons, combinées aux désintégrations bêta moins, permettent de construire des noyaux plus lourds que le fer, notamment l’uranium. La fusion stellaire ordinaire produit principalement les éléments jusqu’au fer.

Explication

La spallation correspond à la fragmentation de noyaux de carbone, d’azote et d’oxygène sous l’action des rayons cosmiques, ce qui forme notamment le lithium, le béryllium et le bore. La condensation sur les poussières contribue plutôt à la formation de molécules complexes comme l’eau ou l’ammoniac.

Explication

Dans les glaces et les poussières interstellaires, l’hydrogène et plusieurs éléments plus lourds participent à la formation de molécules telles que l’eau, l’ammoniac, le méthane et les hydrocarbures. Le lithium, le béryllium et le bore sont associés à la spallation des noyaux, et non à cette famille de molécules.

Explication

Le Soleil s’est formé à partir de restes d’une supernova qui avait enrichi le milieu interstellaire en éléments chimiques. Les molécules interstellaires et la spallation décrivent des processus de chimie ou de production d’éléments légers, pas l’origine indiquée du Soleil.