ASTROMOMES SOLEIL 2 Vie et mort des étoiles

QUELQUES RAPPELS SUR LA VIE ET LA MORT DES ETOILES

 En premier lieu : qu’est ce qu’une étoile ?

Paragraphe suivant tiré du dictionnaire amoureux du ciel et des étoiles de Trinh Xuan Thuan (édition Dunod)

Les étoiles sont nos ancêtres. Ce sont elles qui ont fabriqué par leur alchimie  nucléaire tous les éléments dont nous sommes constitués, et qui sont responsables de la beauté et de la complexité du monde. Une statue de Rodin, les pétales de roses, les bêtes sauvages, les êtres humains, ne sont autres que des poussières d’étoile.

Chaque étoile set une énorme boule de gaz (hydrogène) sculptée en forme de sphère par la gravité, qui rayonne de tous ces feux du fait de l’énergie et de la lumière générées en son cœur par de nombreuses réactions nucléaires. Tous les éléments chimiques de la nature naissent lors de ses réactions nucléaires et lors de la mort explosive des étoiles massives (les supernovae). Tout comme les hommes, les étoiles naissent, vivent et meurent, non pas sur des échelles de temps d’une centaine d’années mais sur des millions voire des centaines d’années.

Comment naissent-elles ?

Où ?

Dans des nébuleuses, des nuages de gaz et de poussières (des nuages moléculaires) qui s’effondrent sur eux mêmes par leur propre gravité.

Quand ?

Les principaux responsables de cette contraction sont les supernovae qui provoquent une « onde de choc ». On pourrait donc affirmer que la mort violente des étoiles peut provoquer la naissance de nouvelles étoiles…

Comment ?

En comprimant la boule de gaz s’échauffe (voir la chaleur d’une pompe à vélo), lorsque l’on atteint une dizaine de millions de degrés, une fusion nucléaire démarre et quatre protons d’hydrogène fusionnent pour former de l’hélium en transformant 0.7% de leur masse en énergie et en rayonnements qui exercent une poussée inverse à celle de la gravité.

En combien de temps peut-on former une étoile ?

Les plus grosses se forment « rapidement », environ un million d’années, de la taille du soleil il faut 50 millions d’années mais pour les plus petites étoiles il faudra jusqu’à un milliard d’années.

Dans les amas (ouverts) il y a beaucoup d’étoiles ? Les étoiles ne naissent pas seules ?

Dans le même nuage, il peut se former des centaines d’étoiles qui vont former un magnifique amas. Notre soleil a du naître dans un tel amas ou être éjecté par un effet gravitationnel.

C’est un astre en équilibre.

En fait, la taille de l’étoile est le résultat de deux forces qui s’opposent. L’une est centripète qui compresse l’étoile, c’est la gravitation ; l’autre, exerce son action  vers l’extérieur elle est centrifuge, elle est issue de la fusion nucléaire au centre de l’étoile.

Selon sa taille et sa masse  :

  • L’étoile est plus ou moins chaude à sa surface ce qui détermine sa couleur
  • Ses émissions sont plus au moins importantes (luminosité, chaleur…)
  • Sa durée de « vie » est plus ou moins longue
  • Sa fin de vie est plus ou moins cataclysmique.

 

On peut connaître sa carte d’identité grâce à l’analyse de son spectre.

 

Quelle est la durée d’une étoile ?

Contrairement à ce que l’on peut imaginer, les étoiles les plus massives qui ont pourtant la réserve de carburant la plus importante ne vivront pas très longtemps, elles « brûlent » leur vie par les « deux bouts »…Le Soleil, d’une taille moyenne, n’aura épuisé ses réserves qu’au bout de 9 milliards d’années et il est au milieu de sa vie… Les plus petites étoiles pourront durer 20 milliards d’années soit plus longtemps que l’âge actuel de l’univers (14 milliards d’années).

 

Que se passe t il quand il n’y a plus de carburant ?

L’équilibre est rompu, les rayonnements liés à la fusion nucléaire sont de plus en plus faibles et l’étoile se contracte. La pression augmente et la température peut atteindre 100 millions de degrés. A cette température, l’étoile peut utiliser l’hélium qu’elle a fabriqué et créer notamment du carbone, c’est une seconde vie mais c’est la fin pour une étoile comme le Soleil qui ne peut pas continuer le processus car elle ne peut pas atteindre la température nécessaire pour « brûler » le carbone. La fusion va s’arrêter et la gravité va provoquer l’effondrement de l’étoile sur elle-même.

Pour les étoiles massives (au moins huit fois le Soleil), la masse va comprimer le centre de l’étoile et le carbone va pouvoir utiliser l’hydrogène qui reste pour fabriquer de l’oxygène. Quand il ne reste plus de carbone, l’étoile se contracte à nouveau et c’est l’oxygène qui va pouvoir fabriquer du néon avec l’hélium restant…Plusieurs cycles vont se succéder de plus en plus vite pour former des atomes de plus en plus complexes et de plus en plus « lourds ». Dans sa dernière semaine de vie, l’étoile va fabriquer du silicium et dans sa dernière journée de vie, elle va fabriquer du fer. Mais la plus massive des étoiles ne peut aller plus loin…c’est la fin.

 

La fin d’une étoile : nébuleuses planétaires et supernovae ?

C’est la masse de l’étoile qui va décider d’une mort plutôt « douce » ou plus « violente ».

Les plus légères, jusqu’à 1.4X la masse du Soleil, elle va devenir naine par gravité et atteindre une température de surface de 6000° en émettant une lumière blanche : elle devient une naine blanche. Quand le cœur s’effondre les couches superficielles se détachent de l’étoile, la naine blanche va les illuminer créant une nébuleuse planétaire qui va briller aussi longtemps que la naine restera assez chaude soit quelques milliards d’années quand même. Finalement invisible elle deviendra une naine noire. C’est la mort douce qui attend notre Soleil.

Si le cœur d’une étoile a une masse supérieure à 1.4X le Soleil mais sans atteindre 3X, l’étoile va s’effondrer  en moins d’une seconde et devenir toute petite en créant une SUPERNOVA. La matière est alors déchiquetée et il ne reste dans l’étoile qu’une soupe de neutrons. Elle se met à tourner sur elle-même des dizaines de fois en une seconde voire plus. Elle émet deux jets de lumière. Imaginez un phare qui tourne pendant des millions d’années à cette vitesse. On les a appelés PULSARS. Une étoile sur 1000 peut former un pulsar.

Pour toute étoile de masse supérieure à trois soleils et dont la masse totale est supérieure à 25 masses solaires, la mort est encore plus violente. La contraction continue et le petit corps qui en résulte a une densité telle qu’il va déformer l’espace. Toute matière et même la lumière qui va passer à portée de cette masse vont être attirées dans ce creux de l’espace créant ce qu’on appelle un TROU NOIR. Très peu d’étoiles peuvent terminer leur vie en trou noir.

On peut donc classer les étoiles en fonction de leur luminosité et de leur température de surface. Voir diagramme ICI

http://fr.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Hertzsprung-Russell

Diagramme HR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fiche établie par l’association REPERES grâce aux questions et aux raisonnements pertinents de l’atelier scientifique et technique du collège Léonard de Vinci de Sainte Geneviève, aux contrats CDDC des collèges de Beauvais (Michelet), de Méru (Thelle) et  de Nogent sur Oise (Herriot), aux clubs astro du collège de Breteuil, aux classes de Silly le long et RRS de Nogent sur Oise.