E4 Transfert radiatif et opacité

Topique

L'élément clé de ce modèle est l'intensité du rayonnement lors de sa propagation dans un milieu qui l'absorbe et l'émet simultanément.

L'équation de transfert radiatif décrit comment cette intensité varie le long de son trajet dans le milieu : l'absorption par le milieu la diminue, tandis que l'émission locale du milieu lui-même la rétablit. L'épaisseur optique accumule, le long du trajet parcouru, toute l'absorption subie par le rayonnement jusqu'à ce point. Dès que cette épaisseur optique dépasse un, le milieu devient optiquement épais et le rayonnement ne peut plus s'échapper en ligne droite, comme c'est le cas à l'intérieur d'une étoile. En deçà de cette même valeur de un, le milieu est optiquement mince et le même rayonnement s'échappe presque librement, comme dans les couronnes et les nébuleuses.

La fonction source, définie comme le rapport de l'émission à l'absorption par le milieu lui-même, est exactement égale à la fonction de Planck lorsque ce milieu est en équilibre thermodynamique local. À l'atteinte de cet équilibre, la fonction source, en ce point du milieu, est indiscernable de la fonction de Planck.

L'atmosphère visible d'une étoile correspond précisément à la profondeur optique à laquelle le continuum cesse de se former. C'est cette même profondeur optique qui rend l'étoile entièrement visible de l'extérieur. Trois mécanismes d'opacité dominent ce processus et se combinent pour donner l'opacité totale du milieu : la photoionisation, qui fixe les seuils des séries spectrales ; le rayonnement de freinage thermique ; et la diffusion des électrons libres. La moyenne de cette opacité totale, pondérée selon la réponse de la fonction de Planck à la température, détermine en réalité si l'énergie est transportée ou non à travers l'intérieur de l'étoile.

Ainsi, de l'intensité du rayonnement qui ouvre ce document au transport d'énergie dans les intérieurs stellaires qui le conclut, en passant par la profondeur optique, la fonction source et l'atmosphère visible de l'étoile, le transfert radiatif et l'opacité impliquent qu'une même intensité de rayonnement peut traverser un milieu mince sans être affectée ou être piégée et thermalisée dans un milieu épais, selon l'équilibre entre absorption et émission que ce milieu lui impose.

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