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Comment meurent les étoiles?

Les étoiles commencent leur vie lorsque la fusion d’hydrogène s’enflamme dans leurs noyaux denses et chauds. Une fois que ce processus démarre, c’est le jeu. L’attraction gravitationnelle de toute la masse de l’étoile tente de la réduire en un point minuscule, mais l’énergie libérée par la fusion pousse vers l’extérieur, créant un équilibre délicat qui peut persister pendant des millions, voire des billions d’années.

Les petites étoiles vivent incroyablement longtemps. En raison de leur petite taille, ils n’ont pas besoin de beaucoup d’énergie pour équilibrer l’attraction gravitationnelle vers l’intérieur, ils ne sirotent donc que leurs réserves d’hydrogène. Dans un bonus supplémentaire, les atmosphères de ces étoiles circulent constamment, attirant l’hydrogène frais des couches externes vers le noyau, où il peut alimenter le feu continu.

Tout compte fait, une étoile naine rouge typique brûlera avec plaisir de l’hydrogène dans son noyau pendant des milliards d’années. Pas trop mal.

Au fur et à mesure que ces petites étoiles vieillissent, elles deviennent progressivement plus brillantes jusqu’à ce qu’elles se désagrègent vaguement, devenant une masse inerte et ennuyeuse d’hélium et d’hydrogène qui traîne dans l’univers, ne s’occupant que des leurs.

C’est un destin triste, mais au moins calme.

La grande finale

Lorsque les étoiles massives de notre univers meurent, c’est beaucoup plus violent. En raison de l’augmentation du volume de ces étoiles, les réactions de fusion doivent se produire beaucoup plus rapidement afin de maintenir l’équilibre avec la gravité.

Bien qu’elles soient tellement plus lourdes que leurs cousines naines rouges, ces étoiles ont une durée de vie beaucoup plus courte: en quelques millions d’années seulement (ce qui, étant donné les échelles de temps astronomiques, pourrait aussi bien être la semaine prochaine), elles meurent.

Mais quand des étoiles massives meurent, elles s’éteignent dans toute leur splendeur. Leur taille énorme signifie qu’il y a suffisamment de pression gravitationnelle pour non seulement fusionner l’hydrogène, mais aussi l’hélium. Et le carbone. Et l’oxygène. Et du magnésium. Et le silicium. Un bon nombre des éléments du tableau périodique sont produits à l’intérieur de ces étoiles géantes vers la fin de leur vie.

Mais une fois que ces étoiles forment un noyau de fer, la musique s’arrête et la fête est terminée.

Tout ce matériau entourant le fer se presse sur le noyau, mais la fusion du fer ne libère pas d’énergie pour la contrer. Au lieu de cela, le noyau se contracte à des densités si incroyables que les électrons sont poussés à l’intérieur des protons, transformant le noyau entier en une boule géante de neutrons.

Cette boule de neutrons est capable – temporairement, au moins – de résister à l’effondrement par écrasement, déclenchant une explosion de supernova. Une supernova libérera plus d’énergie en une semaine que notre soleil n’en libèrera au cours de ses 10 milliards d’années de vie. L’onde de choc et la matière éjectée lors de l’explosion sculpte des bulles dans le milieu interstellaire, perturbe les nébuleuses et envoie même de la matière jaillissant des galaxies elles-mêmes.

C’est l’un des sites les plus spectaculaires de l’univers entier. Lorsque des supernovas se produisent dans notre col des bois galactiques, les explosions sont suffisamment brillantes pour apparaître pendant la journée et peuvent même être plus brillantes que la pleine lune la nuit.

Assez intense, et quelle voie à suivre.

Une image du télescope spatial Hubble d’une géante rouge perdant ses couches externes de gaz pour devenir une naine blanche. (Crédit d’image: NASA / ESA / K. Noll (STScI) / L’équipe Hubble Heritage (STScI / AURA))

Un dernier spectacle

Ce sont les étoiles de taille moyenne qui subissent le pire sort. Trop gros pour s’en aller tranquillement dans la nuit et trop petits pour déclencher une explosion de supernova, ils se transforment plutôt en monstres horribles avant de finalement se retourner.

Pour ces étoiles moyennes (qui incluent des étoiles comme notre soleil), le problème est qu’une fois qu’une boule d’oxygène et de carbone se forme dans le noyau, il n’y a pas assez de masse qui l’entoure pour la fusionner en quelque chose de plus lourd. Donc, il reste juste là, devenant plus chaud de jour en jour. Le reste de l’étoile réagit à cet enfer dans le noyau, gonflant et devenant rouge, produisant une géante rouge. Lorsque notre soleil se transforme en une géante rouge, son bord atteindra presque l’orbite de la Terre.

Cette phase géante rouge est instable et des étoiles comme notre soleil convulseront, s’effondreront et se regonfleront encore et encore, chaque événement lançant des vents transportant la majeure partie de la masse du soleil dans le système solaire.

Dans ses dernières affres de la mort, une étoile de taille moyenne crache ses tripes pour former une nébuleuse planétaire effervescente, de fines mèches de gaz et de poussière entourant le noyau maintenant exposé de carbone et d’oxygène au centre. Ce noyau prend un nouveau nom lorsqu’il est exposé au vide de l’espace: une naine blanche.

La naine blanche illumine la nébuleuse planétaire environnante, la dynamisant pendant environ 10000 ans avant que le cadavre stellaire ne se refroidisse trop pour permettre de tels spectacles de lumière.

Bien que belles et déconcertantes à voir dans un télescope, les nébuleuses planétaires sont le produit d’une mort violente et torturée d’une étoile. Séduisant, oui, mais aussi obsédant à contempler.

En savoir plus en écoutant l’épisode « Que se passe-t-il quand les étoiles meurent? » sur le podcast Ask A Spaceman, disponible sur iTunes et sur le Web à http://www.askaspaceman.com. Merci à Mitchell L. pour les questions qui ont conduit à cette pièce! Posez votre propre question sur Twitter en utilisant #AskASpaceman ou en suivant Paul @PaulMattSutter et facebook.com/PaulMattSutter.

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