E1 Échelles astrophysiques et unités naturelles

Topique

L'élément central de ce modèle est l'objet astrophysique, considéré comme une entité unique sur l'ensemble des échelles que l'astrophysique peut appréhender.

La masse de cet objet peut varier de celle d'un seul neutrino à celle de l'univers observable tout entier, soit une gamme de plus de soixante ordres de grandeur, et sa distance peut aller de l'échelle du noyau atomique au rayon même de l'univers, soit une gamme de plus de trente ordres de grandeur. Une telle étendue d'échelles conduit l'astrophysique à utiliser ses propres unités naturelles pour rendre ces grandeurs gérables : le parsec comme unité naturelle de distance, la masse solaire comme unité de masse standard et la luminosité solaire comme unité de luminosité standard.

Le rayon de Schwarzschild d'un objet astrophysique définit son échelle gravitationnelle et croît proportionnellement à sa masse : pour un objet aussi massif que le Soleil, ce rayon est d'environ trois kilomètres, tandis que pour un objet plusieurs millions de fois plus massif que le Soleil, comme le trou noir au centre de la Voie lactée, ce même rayon atteint plusieurs millions de kilomètres. Cette multiplication de la masse par des millions d'éléments entraîne une multiplication proportionnelle de son rayon de Schwarzschild, sans qu'aucun autre facteur n'influence cette relation directe.

La luminosité d'Eddington de ce même objet astrophysique, quant à elle, représente la limite supérieure de luminosité qu'il peut maintenir tout en accrétant de la matière : en deçà de cette limite, la gravité parvient à retenir la matière entrante, mais dès que la luminosité de l'objet dépasse ce seuil, la pression exercée par son propre rayonnement sur la matière environnante l'emporte sur la gravité et ralentit, voire inverse, l'accrétion de matière sur l'objet. Ce seuil augmente avec la masse de l'objet en accrétion et diminue avec l'opacité du plasma environnant. Ainsi, un objet massif entouré d'un plasma moins opaque présente un plafond de luminosité bien supérieur à celui d'un objet léger entouré d'un plasma dense et opaque. Par conséquent, de l'objet astrophysique qui ouvre ce document, situé quelque part sur cette échelle de soixante ordres de grandeur en masse et trente en distance, jusqu'au plafond de luminosité qui le conclut, en passant par le parsec, la masse solaire et le rayon de Schwarzschild qui lui sont propres, les échelles astrophysiques et leurs unités naturelles garantissent que tout objet astrophysique, quelle que soit sa taille, est décrit avec les mêmes instruments de mesure que n'importe quel autre.

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