Balmer break
Le Balmer break ou discontinuité de Balmer, également appelé rupture de Balmer ou saut de Balmer (en anglais, Balmer jump), est la différence d'intensité du spectre continu d'une étoile (ou d’une galaxie) de part et d'autre de la limite de la série de Balmer de l'hydrogène, limite située à environ 364,5 nm (3645,6 Ångströms). Elle est causée par l'ionisation complète des électrons passant au deuxième niveau d'énergie d'un atome d'hydrogène, ce qui crée une absorption continue pour les longueurs d'onde plus courtes que 364,5 nm.
D'autres séries spectrales de l'hydrogène montrent également une absorption continue des ondes électromagnétiques de faible intensité émises par les étoiles ou les galaxies, et donc une discontinuité continue comme la discontinuité Lyman-α de la série de Lyman ou la discontinuité Paschen de la série de Paschen[1].
Description
La limite de Balmer
Les raies spectrales de l'atome d'hydrogène de la série de Balmer, telles Hα (6562,790 Å – couleur rouge), H𝛽 (4861,350 Å – couleur bleu ciel), Hγ (4340,472 Å – couleur bleue), Hδ (4101,734 Å – couleur violet) et Hϵ (3970,075 Å – couleur ultraviolet), correspondent à une transition électronique de l'électron d'hydrogène d'un état quantique de nombre principal n > 2 vers l'état de niveau 2[2]. Ces longueurs d'onde sont les termes d'une suite qui converge vers 3 645,6 angströms. La limite de la série, appelée la limite de Balmer, est notée H∞ = B = 3 645,6 Å (ultraviolet proche de la longueur d’onde dans le vide). C'est la longueur d'onde où apparaît la discontinuité de Balmer.
La discontinuité de Balmer
Les raies de Balmer peuvent apparaître comme des raies d'absorption ou d'émission dans un spectre, en fonction de la nature de l'objet observé. Dans les étoiles, les raies de Balmer sont généralement observées en absorption, et elles sont « les plus fortes » dans les étoiles ayant une température de surface d'environ 10 000 kelvins (type spectral A). Le spectre continu d'absorption provoque une dépression de l'intensité générale du spectre, une discontinuité, au delà des dernières raies visibles de la série de Balmer, à 3 645,6 Å [3],[4].
L'intensité de l'absorption continue, et donc la taille de la discontinuité de Balmer, dépend de la température et de la densité dans la région responsable de l'absorption. À des températures stellaires plus basses, c'est la densité qui influence le plus l'intensité de la discontinuité, ce qui peut être utilisé pour classer les étoiles en fonction de leur gravité de surface et donc de leur luminosité[5].
La discontinuité de Balmer ne doit pas être confondue avec le décrément de Balmer qui est une mesure de l'intensité de certaines raies d'émission de l'hydrogène dans le spectre d'un objet céleste. Il est défini comme le rapport des intensités des raies Hα et Hβ, généralement exprimé sous la forme Hα/Hβ[2].
Observation de la discontinuité dans les galaxies
La discontinuité de Balmer observée dans une spectroscopie est d’autant plus forte qu’une galaxie est évoluée et dont le spectre devient dominé par des étoiles A à F plutôt que des étoiles jeunes O et B. Même si, pour la plupart, ces galaxies sont des “post-starburst”, une partie présente encore des phases de formation stellaire. A un décalage vers le rouge cosmologique de 2 < z < 4 les observations en infrarouge permettent, par exemple, de détecter par discontinuité Balmer des galaxies distantes dans les bandes J − K . Cette population présente par conséquent les propriétés à la fois de galaxies évoluées et passives, et de galaxies à sursaut de formation d'étoiles riches en poussières[2].
La détection d'une discontinuité de Balmer dans les galaxies aux décalages vers le rouge élevés (entre z 7 et z 10) indique des âges relativement avancés de leurs populations stellaires (≥ 50 Ma et plus) et permet de déterminer le moment de l'apparition dans le passé d’une galaxie de sa formation stellaire initiale. Pour les galaxies comportant à la fois un Balmer break et des raies d'émission, cela indique très probablement des galaxies dont la formation d'étoiles s'est arrêtée antérieurement et a redémarré récemment[6].
Observations du télescope spatial James Webb
Depuis 2022, des observations spectroscopiques approfondies de JWST ont révélé une chute marquée près de la limite de Balmer dans les spectres continus de certains objets astronomiques, surnommés petits points rouges ou LRDs (en anglais, little red dots)[7].
Notes et références
- (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Balmer Jump » (voir la liste des auteurs).
- ↑ (en) X.-W Liu et J.Danziger, « Electron temperature determination from nebular continuum emission in planetary nebulae and the importance of temperature fluctuations », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 263, (lire en ligne
) - 1 2 3 Hakim Atek, Les vicissitudes d’un outil cosmologique: la raie Lyman-alpha, Thèse, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI et Université de Genève, , 208 p. (lire en ligne), Pages 5,13,14,17 et 29 de la thèse.
- ↑ Daniel Barbier et Daniel Chalonge, « Remarques préliminaires sur quelques propriétés de la discontinuité de Balmer dans les spectres stellaires », Annales d’Astrophysique, vol. 2, , p. 254 (lire en ligne )
- ↑ (en) J. D. Scargle et al., « Infrared excesses in early-type stars - Gamma Cassiopeiae », Astrophysical Journal, vol. 224, (DOI 10.1086/156400, Bibcode 1978ApJ...224..527S)
- ↑ (en) Michael S. Bessell, « Measuring the Balmer Jump and the Effective Gravity in FGK Stars », Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 119, (DOI 10.1086/519981, lire en ligne )
- ↑ (en) A. Kuruvanthodi, D. Schaerer, R. Marques-Chaves, D. Korber, A. Weibel, P. A. Oesch et G. Roberts-Borsani., « Strong Balmer break objects at z ~ 7–10 uncovered with JWST », Astronomy & Astrophysics (A&A), vol. 691, (lire en ligne )
- ↑ (en) Kohei Inayoshi et Roberto Maiolino, « Extremely Dense Gas around Little Red Dots and High-redshift Active Galactic Nuclei: A Nonstellar Origin of the Balmer Break and Absorption Features », The Astrophysical Journal Letters, (lire en ligne )
Voir aussi
Articles connexes
- Discontinuité Lyman-α
- Petit point rouge
- La Dormeuse (galaxie)
Liens externes
(en) Étoile Icare: un exemple stellaire de forte discontinuité Balmer observé par Hubble sur le site de la NASA.
(en) Balmer discontinuity (discontinuité de Balmer) sur l'Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics de l'Observatoire de Paris.
(en) Balmer decrement (décrément de Balmer) sur l'Etymological Dictionary of Astronomy and Astrophysics de l'Observatoire de Paris.
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