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Qu’est-ce qu’une étoile?

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de Demandez à un Spaceman et Radio spatiale, et auteur de Comment mourir dans l’espace. Il a contribué cet article à 45secondes.fr Voix d’experts: opinions et idées.

Il est assez facile de dire ce qu’est une étoile. C’est une de ces choses brillantes et pointues qui scintillent le ciel nocturne. Mais au-delà de cela, la définition réelle d’une étoile est aussi riche et colorée que les étoiles elles-mêmes.

Faits sur les étoiles: les bases des noms d’étoiles et de l’évolution stellaire

Une star est née

Tout d’abord, une définition astrophysique assez décente d’une étoile est: tout objet suffisamment massif pour pouvoir déclencher la fusion d’éléments dans son noyau en raison des pressions gravitationnelles à l’intérieur de l’objet lui-même.

Le plus petit objet que nous connaissons aujourd’hui qui soit capable de tels exploits représente environ 10% de la masse de notre soleil. Dans un avenir lointain, avec des éléments de plus en plus lourds qui s’ajoutent au mélange et polluent les voies navigables interstellaires, la fusion sera possible dans des objets de plus faible masse, mais ce n’est pas quelque chose dont nous devons nous inquiéter aujourd’hui.

Les plus petites étoiles s’appellent nains rouges, parce qu’ils sont rouges et petits. Ils ne brûlent que faiblement et faiblement l’hydrogène dans leur cœur et émettent des radiations principalement dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique, d’où leur couleur rouge terne. Elles sont de loin l’étoile la plus commune de la galaxie de la Voie lactée, bien qu’elles soient si petites et si sombres que même notre étoile voisine la plus proche, Proxima Centauri, est complètement invisible à l’œil nu.

La catégorie suivante dans les étoiles est celle comme notre soleil. Masse moyenne, luminosité moyenne, durée de vie moyenne. Ils émettent des radiations dans tout le spectre visible, les faisant paraître beaux et blancs (oui, notre soleil est vraiment blanc, mais filtré à travers notre atmosphère bleue, il apparaît légèrement jaune).

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Au-dessus, vous avez les étoiles géantes, aussi grandes que rares. Mais parce qu’ils sont si intensément lumineux, ils sont faciles à repérer. Par exemple, nous voyons les bras en spirale de galaxies non pas parce qu’ils sont beaucoup plus peuplés que les espaces intermédiaires, mais parce qu’ils sont éclairés comme des lumières d’arbre de Noël avec des étoiles brillantes.

Presque toutes les étoiles que vous voyez dans le ciel nocturne sont beaucoup plus grandes que le soleil. Pendant la majorité de leur vie, les plus grandes stars sont teintées de bleu. C’est parce qu’ils émettent tellement d’énergie que le rayonnement qui sort est en fait tout le chemin dans l’ultraviolet, avec un peu d’émission sortant dans l’extrémité bleue de notre gamme visible.

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La séquence principale

Outre les petites étoiles rouges, les étoiles blanches moyennes et les grandes étoiles bleues, il y a bien sûr toutes les étoiles intermédiaires, et certaines étranges qui sont à la fois grandes et rouges. Il y a cent ans, lorsque les astronomes cataloguaient pour la première fois les étoiles, c’était absolument un désordre déroutant, sans rime ni raison apparemment entre la couleur d’une étoile et sa luminosité et sa taille.

La solution est venue avec ce que nous appelons maintenant le Diagramme de Hertzsprung-Russell, qui est la base pour comprendre comment les étoiles vivent encore aujourd’hui. Le diagramme Hertzsprung-Russell Russell est un graphique de la température d’une étoile (que l’on peut obtenir à partir de sa couleur) et de sa luminosité.

Si vous prenez tout un tas d’étoiles et tracez leur température et leur luminosité, avec un point pour chaque étoile sur le diagramme, vous trouvez quelque chose de surprenant. Il s’avère que les étoiles n’ont pas toutes sortes de combinaisons de couleurs et de luminosité. Au lieu de cela, il y a une bande en diagonale sur laquelle vivent la grande majorité des étoiles. Cette bande va de l’extrémité sombre et rouge à l’extrémité bleue brillante.

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Cette bande est connue sous le nom de la séquence principale, et les étoiles qui brûlent de l’hydrogène dans leur noyau (la principale source de carburant pour la grande majorité de la vie d’une étoile) vivront quelque part sur cette bande. Au fur et à mesure que les étoiles vieillissent, elles remontent lentement et doucement la piste le long de la séquence principale, devenant progressivement plus brillantes et plus bleues au fil des éons.

Combien de temps ils vivent sur cette piste, brûlant de l’hydrogène dans leurs cœurs, dépend de leur masse. Une naine rouge de faible masse peut passer des milliards d’années sur la séquence principale, tandis qu’une étoile géante plus grande que notre soleil ne peut durer que quelques millions d’années au mieux.

Une fois que la fusion de l’hydrogène se termine à l’intérieur du noyau d’une étoile, elle quitte la séquence principale et évolue dans différentes directions. Les grandes étoiles deviennent géants rouges, qui occupent leurs propres positions sur le diagramme Hertzsprung-Russell. D’autres étoiles pourraient zigzaguer d’avant en arrière, alternant entre le bleu et la rougeur alors que des éléments lourds tentent de fusionner au plus profond de leur cœur.

Code de couleurs

Armés du diagramme Hertzsprung-Russell, nous pouvons voir ce qui définit vraiment une étoile: c’est un objet qui vit sur la séquence principale de ce diagramme. C’est un objet qui brûle de l’hydrogène et évolue régulièrement le long de cette bande étroite reliant sa luminosité à sa température. Les choses qui existent en dehors de cette bande sont soit des géants qui tentent de fusionner des éléments plus lourds dans une tentative futile de rester en feu, soit des restes morts et en décomposition comme nains blancs et étoiles à neutrons.

Ce diagramme de Hertzsprung-Russell est le héros méconnu de l’astronomie d’observation. Avec lui, les astronomes peuvent repérer une étoile, mesurer sa luminosité et sa température et savoir exactement où elle se trouve dans son cycle de vie. Cela leur permet de prédire son avenir et son évolution. La nature offre rarement des aperçus aussi simples, mais les étoiles sont vraiment des cas particuliers l’univers.

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La grande majorité de la matière dans l’univers est suspendue dans des nébuleuses vaporeuses. Les étoiles sont une race spéciale et unique – un objet temporaire alimenté par la fusion. Ce fait les rend curieusement faciles à prévoir et à comprendre.

En savoir plus en écoutant l’épisode « Qu’est-ce qu’une étoile? » 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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