LA VIE DES ETOILES
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| Astronomie/Astrologie |
Question d’astronomie:: Nous avons vu, à notre dernière émission, comment les immenses
nébuleuses de gaz, qui sont présentes entre les étoiles, se contractent par autogra vitation,
puis se fragmentent, et finissent par se contracter tellement qu'elles deviennent
des étoiles, car l'énergie engendrée allume la fusion thermo-nucléaire. Mais le
résultat, c'est une grande variété d'étoiles, très différentes les unes des autres...
Albert PILOT : Effectivement, car la fragmentation de la nébuleuse est aléatoire.
Pour permettre à tous les auditeurs de nous suivre, je rappellerai quelques données
importantes des émissions précédentes.
L'avenir de l'étoile, sa forme, sa température, sont conditionnés par l'importance
du globule de gaz qui se contracte et par sa composition, essentiellement de
l'hydrogène. Ce globule peut aussi comporter plus ou moins d'atomes lourds, des
métaux notamment.
Sans entrer dans les détails, nous pouvons déjà parler des plus grandes étoiles :
les supergéantes, dont le diamètre peut aller jusqu'à 2.000 diamètres solaires et dont
l'énergie peut atteindre 60.000 fois celle du Soleil. Mais leur masse n'est pas en proportion,
car leur atmosphère est très ténue : quelques millionnièmes de gramme par
cm3 ? C'est tellement faible que, si ce n'était pas la température élevée, nous pourrions
traverser une telle étoile sans nous apercevoir de la réalité de la matière. Cependant,
la pression, au centre, dépasse un milliard d'atmosphères !
C'est donc la grande surface de ces étoiles qui fait leur luminosité, car même
leur température, notamment pour les supergéantes rouges, n'est pas très élevée. Mais
si une étoile comme le Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) n'est plus visible au-delà de 100 A.L., une supergéante
comme Bételgeuse, par exemple, serait visible à 3.000 A.L. de distance !
Quelles sont les proportions de luminosité entre les étoiles les plus grosses et
les plus petites ?
Les étoiles les plus brillantes sont 4 milliards de fois plus énergétiques que les
plus faibles, sans parler, bien sûr, des étoiles obscures. C'est vous dire les différences
énormes entre les astres auxquels nous avons donné le même nom d'étoiles. Et
la densité peut aussi passer de quelques millionnièmes de gramme à plus d'un demi
milliard de tonnes par cm3, comme nous l'avons vu pour le coeur de certaines étoiles
à neutrons.
Il y a aussi de grandes différences dans la longévité des étoiles ?
Bien que les supergéantes soient d'une densité faible, elles sont tellement immenses
que leur masse est quand même énorme. Si on plaçait certaines supergéantes à
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la place du Soleil, pour la plupart d'entre elles, notre Terre (en astrologique, elle est associée aux sensations des zodiaques) et toutes les planètes
rocheuses seraient à l'intérieur de l'étoile, et sa périphérie pourrait atteindre jusqu'aux
orbites des astéroïdes, entre Mars et Jupiter !
Or, plus la masse d'une étoile est grande, plus sa vie est brève. La conversion
de son hydrogène en hélium est beaucoup plus rapide, et elle consomme son hydrogène
en moins d'un milliard d'années, parfois en quelques dizaines de millions
d'années, ce qui est peu, à côté du Soleil, qui est fait pour durer 10 milliards d'années.
Et ce sont ces énormes étoiles qui se transforment en supernovae ?
Lorsque l'hydrogène est transformé en hélium, la combustion de l'hélium est
très rapide, et celle des atomes lourds intérieurs devient une véritable explosion, et
peut correspondre à la dissipation totale de la masse de la supernova.
Mais je vous rappelle que, depuis la découverte des pulsars (des étoiles à neutons
en rotation rapide), en 1967, on sait que les supernovae peuvent laisser subsister
un reliquat de matière excessivement dense, constitué presque exclusivement de
neutrons pratiquement au contact les uns des autres. Ces étoiles à neutrons sont véritablement
des noyaux atomiques géants !
La gravité est faible à la périphérie d'une supergéante, car on y est loin du centre
; elle est très forte à la périphérie d'une étoile à neutrons, dont la densité est difficile
à imaginer, car on y est près du centre. A leur surface, les métaux les plus durs
couleraient comme du liquide.
Ce sont donc les fameux pulsars que nous avons déjà évoqués en parlant de la
mort des étoiles :
On appelle ces étoiles des pulsars, quand elles émettent, à chaque rotation, un
signal, une pulsation, à un rythme très stable, mais qui se ralentit cependant imperceptiblement.
On a même cru, à leur découverte, à des signaux d'extra-Terrestres !
On aurait décelé, en 1982, le pulsar le plus rapide qui tourne à 642 tours seconde,
vitesse effarante pour une masse de 2 ou 3 fois le Soleil, et qui donne pour sa surface
une vitesse linéaire de plus de 20.000 km/seconde, pour un diamètre de 10 km !
Puisque nous arrivons là à l'état le plus dégénéré de la matière, doit-on penser
que ces étoiles demeureront éternellement dans cet état ?
Votre question est intéressante, car elle pose un grand problème. Même si on
arrivait à un stade encore plus dégénéré, qui serait le trou noir, il y aurait toujours,
au moins une radiation thermique, ce qu'on appelle les rayons de Hawking, suggérés
par ce physicien en 1970. C'est très important, car s'il n'y avait aucune radiation,
cela voudrait dire que, peu à peu, l'Univers entier s'éteindrait ! Or, quand une
étoile morte rayonne, même imperceptiblement, elle s'évapore en rayonnement. Sa
masse diminue lentement, ainsi que son autogravitation, et un jour ou l'autre, l'agitation
thermique l'emportera, par la diminution de masse, et ce sera l'explosion, ce
qu'on appelle : la fontaine blanche.
Les gaz réémis dans l'espace, probablement dans leur plus grande simplicité,
(soit neutrons et électrons séparés, soit hydrogène) serviront alors à enrichir les nébuleuses
et à créer d'autres étoiles.
En refusant la nuit éternelle aux composants de l'Univers, on admet donc un
renouvellement constant, et on peut mieux admettre l'éternité de l'Univers lui-même.
Vous nous avez dit, dernièrement, que les supergéantes étaient assez rares...
Oui, il n'y en a d'ailleurs même pas dans l'entourage du Soleil. La grande majorité
des étoiles sont les naines et les étoiles moyennes. Cependant, même celles-ci deviennent
un jour des géantes, lors du flash que constitue l'allumage de l'hélium. L'évolution
de l'étoile l'amène donc pour peu de temps dans une catégorie différente.
Mais une étoile de faible masse, par exemple la moitié de celle du Soleil, ne connaîtra
au cours de sa vie que la phase de combustion de l'hydrogène, sa masse étant
insuffisante pour que la contraction gravitationnelle ultérieure permette la fusion de
l'hélium. La durée de vie de ces petites étoiles est de plusieurs centaines de milliards
d'années. Elles sont peu lumineuses, mais très nombreuses, notamment dans les amas
globulaires.
Et pour les étoiles de la masse du Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) ?
Toutes ces étoiles ne présentent pas le flash de l'hélium, car parfois, à la fin
de la phase de combustion de l'hydrogène dans le noyau, il n'y a pas dégénérescence
des électrons. La fusion de l'hélium se produira beaucoup plus calmement. Par contre,
si l'étoile a perdu suffisamment de sa masse, (pour les plus massives), elle passera
probablement par l'état de nébuleuse planétaire, si spectaculaire, pour devenir
ensuite une naine blanche. Dans le cas contraire, elle donnera lieu à l'explosion d'une
supernova au moment où s'amorceront les réactions de combustion du carbone :
le flash du carbone a un caractère destructeur que n'a pas le flash de l'hélium.
Voyons maintenant la disposition des étoiles. Vous nous aviez dit qu'elles sont
très espacées, comme des melons de 14 cm de diamètre qui seraient à 4.000 km les
uns des autres...
Oui, mais c'est une moyenne, qui va même jusqu'à 7.000 km dans certaines
régions de la Galaxie (en réalité 7 A.L.). Mais il y a des concentrations d'étoiles,
ne serait-ce que du fait de leur formation multiple dans un même nuage. La nébuleuse
qui a donné naissance aux Pléaides par exemple, entoure encore ces étoiles de
lambeaux de gaz ; ces 250 étoiles sont très proches les unes des autres, car de création
récente, et forment ce qu'on appelle un amas ouvert, en expansion.
En outre, il y a des étoiles doubles, ou multiples, qui restent liées par la gravité,
et qui tournent en orbites très rapprochées. Certaines sont si proches de leur compagne
qu'il se produit de gigantesques jets de matière entre elles, ce qui les fait évoluer
différemment des autres étoiles. Elles sont ce qu'on appelle des étoiles variables éruptives,
et ce sont donc des binaires serrées.
Il n 'est évidemment pas question qu 'un cortège de planètes existe autour de ces
étoiles infernales ! Mais il y a des étoiles périodiques puisantes qui ne sont ni doubles
ni multiples...
Oui, d'ailleurs le Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) a un magnétisme variable, d'un cycle de 11 ans : 4 ans
en augmentation, 7 ans en diminution. On a également découvert des pulsations non
radiales de période voisine de 5 minutes. Mais pour les puisantes, cette variation résulte
d'instabilités de la structure stellaire.
Une étoile est une sphère gravitationnelle stable, mais qui peut osciller comme
un ressort autour d'une position moyenne. Au cours de son évolution, toute étoile
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passe probablement par ce stade, puis redevient rapidement stable après la disparition
des causes de l'instabilité.
L'étude des grosses étoiles puisantes Céphéïdes a joué un grand rôle, je crois,
dans l'évolution des connaissances astronomiques ?
C'est effectivement grâce aux puisantes Céphéïdes qu'on a pu se faire une idée
plus exacte de l'importance de notre Galaxie, et de l'éloignement fantastique des autres
galaxies. Car elles sont visibles à des millions d'A.L.
Et on avait remarqué, grâce à des Céphéïdes assez proches dont on connaissait
la distance, que leurs pulsations étaient liées à leur luminosité. Il suffisait donc de
compter leurs pulsations pour connaître leur luminosité intrinsèque. Connaissant leur
luminosité apparente, on pouvait en déduire immédiatement leur distance. C'est donc
grâce aux Céphéïdes présentes dans les Nuages de Magellan et dans la proche galaxie
d'Andromède qu'on a compris que ces ensembles d'étoiles constituaient des galaxies
très éloignées de la nôtre.
Les Céphéïdes ne sont d'ailleurs pas les seules puisantes dont on se serve ?
Il y a encore les W Virginis, étoiles beaucoup plus vieilles, et qui peuplent les
amas globulaires et les régions situées près du centre de notre Galaxie. On retrouve
un peu partout les R.R Lyrae, qui ont à peu près toujours la même magnitude, la
même luminosité absolue, ce qui a permis d'étudier toutes les régions galactiques,
les amas globulaires, et même l'extension du halo qui entoure notre Galaxie.
Et selon chaque type d'étoile, les couleurs aussi varient ?
La température, au centre de l'étoile, atteint parfois plus de 20 millions de degrés,
ce qui dépasse un peu notre imagination. Mais c'est la température de surface qui
donne, avec la composition des gaz de l'étoile, la couleur que nous pouvons constater.
Les étoiles les plus chaudes, plus de 30.000° en surface, sont blanches ; certaines,
comme les Wolf-Rayet, font de 50.000° à 100.000° ! Entre 25.000° et 20.000°,
elles virent vers le bleu. Autour de 6.000°, température de surface du Soleil, elles
sont jaunes. A 2.000°, elles sont rouges. Nous avons vu que les supergéantes, pour
la plupart, sont rouges. Mais il existe des supergéantes bleues, très chaudes et très
jeunes. Notre petit Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) est bien médiocre, des milliers de fois plus faible que les
géantes ou supergéantes rouges ou bleues, comme Antarès, Bételgeuse ou Rigel, qui
sont des phares puissants illuminant les immensités de notre Galaxie.
Mais comment a-t-on pu savoir tous ces détails sur les étoiles car à première
vue, une étoile n 'est visible que comme un petit point, et nous n 'en recevons qu 'un
tout petit flot de photons .'...
Toutes ces connaissances, ou presque, sont le fruit de la spectroscopie. C'est
l'outil le plus magique de toute l'astronomie :
Grâce à l'émission de ses photons, toute source lumineuse émet un spectre et
celui-ci est différent selon qu'il s'agisse d'un atome déterminé, de sa réflexion par
des gaz, de la poussière, de la glace, du liquide, etc... Donc, non seulement la source
se différencie, mais même les régions traversées indiquent les présences de gaz, de
poussière ou d'étoiles, et leur nature. On connaît ainsi le diamètre des grains de
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poussière des nuages traversés ou reflétés !
Bien sûr, tout ceci est extrêmement complexe, car les sources ne sont pas forcément
pures. En outre, il se produit un décalage vers le rouge pour les sources qui
s'éloignent, et vers le bleu pour celles qui se rapprochent.
C'est le fameux effet Doppler-Fizeau, dont nous avons déjà parlé, et qui est
comparable aux ondes émises par le sifflet d'un train, qui vous semble plus aigu quand
il s'approche, et plus grave quand il s'éloigne...
Exactement, et ceci contribue à nous faire découvrir, non seulement la nature
des astres, mais également leurs mouvements. Du moins les mouvements radiaux,
c'est-à-dire les rapprochements et les éloignements. Mais c'étaient justement les plus
difficiles à calculer, car pour les autres, il suffit de photographier le ciel à des époques
différentes, et de juxtaposer les clichés pour voir les écarts. On fait alors la rectification
du mouvement du Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) lui-même, et on s'approche d'une vérité, qui n'est
pas toujours absolue, car il ne faut pas oublier le décalage du temps, lui-même lié
à la distance de l'étoile. Et aussi, par rapport à quoi calcule-t-on la vitesse d'une
étoile ? Car vous savez maintenant que, dans l'Univers, tout est en mouvement.
Les mathématiciens ont donc beaucoup de mérite à avoir maîtrisé ces problèmes.
Mais sont-ils vraiment maîtrisés ?
Dans l'ensemble, oui, grâce à la relativité, notamment ! Mais pour notre Galaxie
seulement ! Les vérifications se sont faites sur les étoiles proches, et elles concordent.
Pour celles-ci, on s'est servi du mouvement de notre planète la Terre (en astrologique, elle est associée aux sensations des zodiaques) autour du Soleil, en
pointant la même étoile aux deux points opposés de l'orbite, et on a fait un simple
problème de triangulation, comme pour mesurer un champ, mais avec des appareils
autrement précis. Ensuite, on s'est servi de types d'étoiles dont on connaît la distance
et les dimensions grâce à leur luminosité ou à leurs pulsations. Ces étoiles entraînent
parfois un amas d'étoiles qui se trouvent donc à la même distance, nées dans
la même nébuleuse assez jeune pour ne pas être trop dispersée, et comportant d'autres
types d'étoiles servant à d'autres mesures. Tous ces résultats concordent assez bien.
Et la spectroscopie a donc pu permettre aussi de mieux connaître les gaz et les
poussières interstellaires ?
Le milieu interstellaire est fait en majorité d'hydrogène neutre, très froid, à
— 200°C, mais très peu dense : environ un atome par cm3. Cette densité augmente
lors de la formation aléatoire des nébuleuses, et grâce à la radiation d'étoiles proches
; alors, la température peut monter à plusieurs milliers de degrés.
Quand aux poussières, il s'agit de particules de l'ordre du micromètre : soit de
la glace avec des impuretés, soit du graphite recouvert de glace, soit des grains métalliques.
Découverte récente : on a trouvé d'énormes nébuleuses de molécules organiques
complexes, représentant de 10.000 à 100.000 masses solaires. Et ce sont là les objets
les plus massifs de notre Galaxie, si l'on excepte le noyau dont on connaît mal la
nature exacte.
Vous parlez de molécules organiques complexes... Il y aurait donc dans l'espace
des nébuleuses composées de matières prêtes à engendrer la vie ?
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Oui ! notamment des acides aminés, base de toute vie ! Certains astronomes prétendent
même que l'ensemencement de la vie vient de l'espace, mais je crois que l'espace
se contente de mettre tous les matériaux à la disposition des étoiles, qui ont d'ailleurs
contribué à les fabriquer. C'est le cas de ces nébuleuses de molécules organiques
complexes.
Et où trouve-t-on ces nébuleuses dans la Galaxie ?
Elles sont sur le plan même de la Galaxie, tantôt opaques, tantôt brillantes, selon
l'excitation de leurs atomes, et la présence de poussière. C'est pourquoi lorsqu'on
voit des galaxies comme la nôtre par la tranche, on distingue nettement une ligne
noire de poussière qui suit le plan exact de la Galaxie.
Les étoiles nées de ces nébuleuses restent-elles toujours en amas ?
Non. Les Pléiades, par exemple, forment un amas ouvert de 250 étoiles, (dont
6 seulement sont visibles à l'oeil nu), mais elles sont encore groupées parce que c'est
une naissance récente. C'est aussi pourquoi elles sont très chaudes et de couleur bleue.
Mais elles se disperseront car leurs mouvements propres vont dans le sens d'une explosion
très lente.
Par contre, les amas globulaires sont très différents. Il s'agit là de boules parfaitement
sphériques d'étoiles, groupées parfois par centaines de milliers, très serrées,
surtout au centre de l'amas, et liées par la gravité. Les amas globulaires orbitent
lentement, à 50 km/seconde environ, autour du noyau de la Galaxie, et traversent
même le disque galactique pour ressortir par l'autre face. Ils ne séjournent pas dans
le disque qui tourne cinq fois plus vite qu'eux.
On pourrait considérer ces amas globulaires comme des petites galaxies satellites,
car ils sont nettement détachés du disque et orbitent jusqu'à de grandes distances
du bulbe.
Curieusement, tous les amas globulaires sont composés de vieilles étoiles, souvent
âgées de 20 milliards d'années. Ce sont comme des maisons de retraite pour
étoiles, isolées, loin du centre, avec peu d'espace pour chaque pensionnaire, confiné
dans sa solitude.
Peut-on voir ces amas globulaires à l'oeil nu ?
Non, ou difficilement, mais on peut en découvrir avec une petite lunette astronomique.
Le moindre instrument permet de multiplier par 10 et plus nos possibilités
d'observation.
Vous découvrirez par exemple que bien des étoiles, que vous croyez uniques,
sont doubles. Des étoiles un peu floues deviennent de magnifiques nébuleuses, et
l'apparence laiteuse de la Voie Lactée montre la présence de milliers d'étoiles.
L'étude des étoiles variables et des étoiles doubles, ainsi que la recherche des
comètes, sont souvent confiées à des astronomes amateurs. On peut étudier aussi
les variables à éclipse : ce sont des étoiles doubles serrées dont l'une des composantes,
plus sombre, passe régulièrement devant la plus lumineuse. Il est aussi intéressant
de situer les étoiles les plus brillantes, qui ne sont pas forcément les plus proches :
Sirius, la plus éclatante, la géante rouge Arcturus, Véga, Capella, les supergéantes
Rigel, Bételgeuse et Antarès, et la géante rouge Aldébaran.
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Où se trouve Je centre de la Galaxie, quand nous observons le ciel ?
Dans la constellation du Sagittaire. Vous y voyez un amas touffus d'étoiles, des
nébuleuses obscures et brillantes. Ce sont d'ailleurs ces poussières et ces gaz qui ont
interdit, jusqu'à ces dernières années, d'observer le noyau de la Galaxie. Heureusement,
les ondes radio passent à travers la matière interstellaire, ce qui nous permet
d'en savoir un peu plus. Mais n'oublions pas que notre Galaxie a 100.000 A.L. de
diamètre. Nous sommes à 20.000 A.L. du bord, et donc, à 30.000 A.L. du centre.
Le noyau mesure à peu près 5.000 A.L. de diamètre. Nous en sommes donc très loin,
et beaucoup de matière nous en sépare.
Les observations du noyau nous indiquent ce qu'il était voici près de 30.000 ans.
L'espace, et donc le temps, viennent compliquer les choses, et nous font comprendre
pourquoi la géométrie euclidienne (qu'on apprend à l'école), n'est pas suffisante
pour appréhender les problèmes quand on aborde l'immensité des galaxies.
Et quelles ont été les principales découvertes concernant les étoiles de notre
Galaxie, ces dernières années ?
Le fait prédominant de ces dernières années est que nous avons des preuves de
la présence de planètes autour des étoiles, en examinant les plus rapprochées. Malgré
l'évidence des probabilités, l'homme aime bien toucher du doigt. Maintenant,
on peut donc penser sérieusement à la vie extra-Terrestre, ce qui influence visiblement
certaines philosophies.
La présence de planètes ne veut pas dire qu 'il y ait des possibilités de vie à chaque
système planétaire !
Non, bien sûr, mais les étoiles du type solaire sont les plus nombreuses, et il
y a des chances pour que les mêmes paramètres donnent naissance à des systèmes
ressemblants.
Cependant, il se peut aussi que la nébuleuse se sépare en deux parts égales, et
donne naissance à deux étoiles semblables. Mais cela doit être assez rare, car il y
a généralement une grande inégalité entre les binaires : inégalité de taille, de masse,
de température, de luminosité, et même de composition. Car une étoile très massive
ne fabrique pas les mêmes atomes qu'une étoile légère, même si au départ, elles sont
nées de la même nébuleuse. Et ces étoiles peuvent aussi évoluer très vite, dans le cas
des binaires serrées éruptives, à cause des échanges cataclysmiques de matière, qui
les transforment complètement !
Donc, pas de planète dans ce cas-là. C'est en quelque sorte la deuxième étoile
qui remplace le système planétaire. Mais il y a des systèmes avec trois étoiles et plus...
Les rapports de gravitation qui lient ces systèmes triples ou multiples sont complexes.
On peut quand même comprendre, par exemple, que deux binaires serrées
forment un ensemble qui tourne lui-même autour du centre de gravité d'un axe qui
le relie à une autre étoile, ou à un autre groupe d'étoiles. Ces ensembles peuvent
être parfaitement équilibrés par la gravitation, et déstabilisés un jour par le passage
d'étoiles voisines. Il faut évidemment que l'axe qui relie les deux groupes soit beaucoup
plus grand que celui qui relie les binaires entre elles.
Si l'étoile au bout du grand axe n 'est pas double, peut-elle avoir des planètes ?
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Il n'y a que les binaires serrées qui ne peuvent pas en avoir. La preuve est que
le Soleil (étoile ou astre de notre Galaxie, sachant que la voie lactée contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles ou astres) a bien toléré des satellites autour des planètes suffisamment lointaines, comme
la Terre. Mais pas autour de Mercure ni de Vénus, trop proches du Soleil. Et les
planètes qui ont beaucoup de satellites, comme Jupiter et Saturne, sont très loin.
La satellisation semble être un phénomène normal, à différents échelons de l'Univers
: les planètes ont des satellites, les étoiles ont des planètes, et les grandes galaxies,
en plus des amas globulaires, ont également des petites galaxies satellites, comme
les Nuages de Magellan autour de la nôtre...
Mais ceci est une autre histoire, dont nous reparlerons en allant visiter les autres
galaxies... Auparavant, nous chercherons à comprendre comment fonctionne notre
propre Galaxie dans son ensemble. Et à cette occasion, nous parlerons des trous noirs,
ces phénomènes mystérieux, qu 'on connaît encore très mal...
L’astronomie [astronomia], est la science de l’observation des astres qui permet de connaître et comprendre notre univers, les astres, les planètes. Alors que l'astrologie repose sur l'interprétation des phénomènes célestes, en vue d'obtenir des interprétations et prédictions des évènements. Elle est souvent liée à la voyance, de l'horoscope, du tarot…Ce Blog est donc dédié à l’astronomie beaucoup plus que l’astrologie.
