Milieu intergalactique chaud

question posée le 11-09-2014 par vincent B

L\'Univers du gaz chaud

Plusieurs sites Internet parlent d'un milieu intergalactique chaud.

Deux exemples :

http://www.cosmovisions.com/phch.htm

http://fr.wikipedia.org/wiki/Milieu_intergalactique

Certains définissent chaud par "100 Kelvin", d'autres par des millions de degrés Kelvin.

Or, il est admis que l'espace intergalactique est VIDE. Peut-être plus dense qu'à l'intérieur des galaxies (hors nuages de gaz) mais tout de même vide.

Un reportage que j'ai vu sur le systeme solaire indiquait par ailleurs que le milieu interstellaire était, lui aussi, chaud.

Et c'est ici que mes connaissances en science font défaut.

En effet, comment imaginer une vide chaud ? (si on parle de milliers ou de millions de Kelvin)

Pour moi, température et pression (et donc densité) sont indissociables. En association, bien entendu, avec le mouvement moléculaire (disons, particulaire).

Certes, la couronne solaire est peu dense (je n'ai pas trouvé d'ordre de grandeur) et pourtant a plusieurs millions de Kelvin.

Pour autant il s'agit d'un milieu gazeux, ionisé, un plasma (si je ne fait pas d'erreur) qui est loin d'être du vide, et chauffé par une source d'énergie intense, par différents processus.

Alors, qu'en est-il du milieu intergalactique, ou interstellaire (hors nuages, nébuleuse, ...)

Chaud ? Combien de degrés K.

Et si chaud (disons > à la moyenne terrestre), quelles réactions physiques l'expliquent ?

Cordialement,

Vincent B

réponse du 11-09-2014 par Fabrice Mottez

L'espace est vide seulement par comparaison à notre atmosphère. Par exemple, la densité de l'espace interplanétaire aux alentours de la Terre est de 10 particules par centimètre cube. Cela représente environ 10^(-20) kilogramme par mètre cube, contre 1,2 kg par mètre cube pour l'air que nous respirons. (Soit environ 100 milliards de milliards fois moins.) Donc en ce sens, c'est vide.

>p>

Mais ces 10 particules par centimètre cube sont tout de même suffisantes pour définir une pression, une température, et pour qu'il y ait des ondes sonores. (Mais hors de question d'entendre ces sons avec un micro "normal" ou des oreilles.)

Que veut dire le mot "température" ? C'est l'énergie cinétique moyenne des particules. (L'énergie cinétique est l'énergie associée au mouvement.) Autrement dit, plus les particules vont vite dans tous les sens, plus le gaz est chaud. Par définition de la température.

Dans l'espace, les densités sont incroyablement différentes d'un endroit à l'autre, ainsi que les températures.

Dans les amas de galaxies, on sait (on les mesure grâce à leur rayonnement X) qu'il y a un plasma très peu dense contenant des électrons très chauds. Leur température correspond effectivement à des millions de degrés. Cela veut dire que les mouvements désordonnés de ces électrons sont très rapides. Mais comme il y a une très faible densité de ces électrons, cela représente une énergie totale tout de même assez faible (on ne se brûlerait pas dans un tel gaz).

Il en est de même avec la couronne solaire, à plusieurs millions de degrés, peu dense, mais tout de même beaucoup plus dense que le milieu inter-galactique.

Pour comparaison, la température à la surface de la Terre est de l'ordre de 300 K.

A l'intérieur des galaxies, il y a des endroits denses (bien moins denses que l'air cependant) et qui ont pu se refroidir. Ce sont les nuages moléculaires, notamment ceux où pourront se créer de futures étoiles. Là, il fait très froid. Des températures de 100 K sont courantes, et dans les pépinières d'étoiles, la température descend jusqu'à 10 K ou moins. (Avant que l'étoile s'allume est chauffe à nouveau tout cela.)

Mécanismes de chauffage : la couronne solaire est chauffée par le Soleil. Cependant, la température de surface du Soleil est de 5000 K environ, alors que la couronne est plutôt à 1 000 000 K. L'origine du chauffage n'est pas totalement comprise (du moins quand on veut une théorie précise qui prenne tout en compte). Mais on peut dire que le champ magnétique du Soleil et les champs électriques associés au mouvement du plasma dans ce champ magnétique jouent un rôle très important. Il y a aussi du chauffage causé par des ondes (type ondes radio) émises aussi dans la couronne.

Pour le chauffage des électrons entre les galaxies, il y a plusieurs facteurs possibles. Les étoiles qui explosent (les supernovas) sont de bonnes sources d'électrons très rapides. Les jets de matière très rapides associés à certains trous noirs centraux des galaxies (noyaux actifs de galaxies) jouent aussi un rôle très important.

Pour les nuages froids à l'intérieur des Galaxies, il faut au contraire expliquer comme la chaleur est évacuée. Il faut que ces nuages soient loin d'étoiles, afin de ne pas être chauffés. Notons que ces nuages sont généralement opaques à la lumière visible. Celle-ci (provenant des étoiles de la Galaxie) est absorbée à l'extérieur du nuage (à condition que les étoiles ne soient pas trop près et surtout pas dans le nuage). La lumière des étoiles à l'extérieur du nuage le chauffe seulement a l'extérieur : à cause de l'opacité, elle ne peut pas entrer. Du coup, l'intérieur reste froid.

Et pour refroidir (car ils étaient chauds au moment de leur création), il faut que les nuages puissent rayonner de la lumière. Cela se fait surtout en lumière infrarouge car c'est la lumière produite par des corps dont la température est faible. En quittant le nuage, cette lumière emporte avec elle de l'énergie, ce qui permet effectivement une baisse de la température du nuage.

D'un manière générale, un endroit dans le cosmos devient chaud ou froid selon les équilibres respectifs entre les sources de chaleur (les astres voisins) et des causes de refroidissement (les pertes par rayonnement).

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