Diagramme de Hertzsprung-Russell

Vous souvenez-vous de la section sur les types d’étoiles dans l’encyclopédie pour enfants ? La plupart des gens connaissent cette image : une rangée d’étoiles avec le Soleil au milieu, dont la taille augmente de gauche à droite. Il s’agit, bien que sous une forme simplifiée, du diagramme de Hertzsprung-Russell, l’un des systèmes de classification fondamentaux de l’astronomie. Comme d’autres théories scientifiques popularisées, le diagramme GR a apporté à l’humanité bien plus qu’une simple démonstration visuelle de la classification des luminaires cosmiques. Grâce à lui, les astronomes ont pu ordonner l’un des processus centraux de l’Univers : l’évolution des étoiles.

La voie de la vérité

Le diagramme de Hertzsprung-Russell a été élaboré au début du vingtième siècle — un tournant pour l’astronomie. Au lieu de décrire les objets cosmiques, de consigner leurs mouvements et les phénomènes périodiques, les astronomes se sont posé une nouvelle question : pourquoi les choses se passent-elles comme elles se passent ?

La construction du diagramme est le résultat d’une des nombreuses expériences logiques menées à l’époque. L’Américain Norris Russell et le Danois Einar Hertzsprung ont eu une idée au même moment. Que se passerait-il si nous alignions les étoiles dans un système de coordonnées où leur position sur l’axe vertical dépendrait de l’intensité de leur luminosité et sur l’axe horizontal de leur température ? Si les étoiles étaient réparties uniformément dans le système, il n’y aurait pas de découverte. Mais tout écart par rapport à l’ordre établi mettrait en évidence une régularité dans la disposition des luminaires, ce qui expliquerait de nombreux mystères.

Et c’est ce qui s’est passé. Si la luminosité croît de bas en haut sur l’axe Y et la température de droite à gauche sur l’axe X, les étoiles se répartissent en trois groupes clairement définis — des séquences, comme les appellent les astrophysiciens :

• Au milieu, du coin supérieur gauche au coin inférieur droit, s’étend la séquence principale, une série d’étoiles naines ordinaires qui représentent 90 % du nombre d’étoiles dans l’univers. Notre Soleil en fait partie. Leur température est directement proportionnelle à leur luminosité — plus l’étoile est chaude, plus elle brûle.
• Dans le coin supérieur droit sont rassemblées les étoiles lumineuses très brillantes, mais dont la température est basse — ce qui est indiqué par leur couleur rouge. Dans cette séquence, on trouve les étoiles géantes et supergéantes.
• En dessous de la séquence principale, on trouve des étoiles qui s’échauffent jusqu’à devenir bleues et blanches et qui émettent très peu de lumière. Ce sont les naines blanches.

La division en séquences n’était pas une fin en soi dans la création du diagramme. La régularité révélée entre l’énergie et le rayonnement d’une étoile, associée au processus thermonucléaire interne, est devenue une illustration de la dynamique la plus évidente de l’Univers — l’évolution des étoiles.

La durée de vie d’une étoile

Le diagramme de Hertzsprung-Russell

Dès sa formation, une étoile n’est pas immobile dans son développement — et le diagramme de Hertzsprung-Russell en est la meilleure illustration. La naissance, le vieillissement et la mort d’un luminaire sont retracés sur le diagramme GR par une ligne claire appelée «trajectoire évolutive». Si l’on prend la trajectoire de notre Soleil, par exemple, on peut distinguer les étapes suivantes :

• Après la naissance, environ 90 % de la «vie» d’une étoile se situe sur la séquence principale — c’est donc à elle qu’appartiennent la plupart des étoiles. La durée de cette existence stable dépend directement de la position dans le diagramme. Plus l’étoile est haute et à gauche, plus elle est brillante et chaude — elle brûle donc l’hydrogène plus rapidement. Les étoiles plus basses sont moins brillantes et peuvent exister pendant des dizaines de milliards d’années. Le soleil se situe dans la moyenne. Il brûle depuis 5 milliards d’années et continuera à brûler pendant à peu près la même durée.
• Que se passe-t-il lorsque l’hydrogène, le combustible stellaire, se consume complètement ? Le Soleil, comme d’autres petites étoiles, subit une contraction gravitationnelle — un effondrement. Comme il y a moins d’énergie, les forces gravitationnelles commencent à comprimer le cœur de l’étoile. L’hélium contenu dans le cœur — les «cendres» issues de la combustion initiale de l’hydrogène — s’enflamme alors. La force de ce processus est telle que le luminaire se multiplie par dix et brille plus intensément. Mais l’énergie de combustion de l’hélium ne dépasse pas celle de l’hydrogène, et en augmentant la surface, l’étoile se refroidit et prend une couleur rouge. Le Soleil se transformera donc en géante rouge, quittant la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell pour les hauteurs des géantes.

Photographie de la supergéante rouge Bételgeuse

Un peu d’histoire

Le diagramme Hertzsprung-Russell est associé à une petite curiosité : comme c’est souvent le cas en science, il a été établi par deux scientifiques en même temps. L’Américain Russell a étudié pendant longtemps les régularités du développement des étoiles et a créé le concept du diagramme en 1909 — il a été appelé «diagramme de Russell». Cependant, Hertzsprung au Danemark, indépendamment de son collègue, a dérivé exactement le même système, et a même publié les fruits de son travail en 1905. Parce qu’il a été publié dans un magazine photographique d’actualité et en allemand, le monde n’a appris sa primauté que dans les années 1930. C’est alors que le nom de Herzsprung a été ajouté au titre.

Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023