Nos lecteurs savent probablement déjà ce qui arrive aux luminaires comme notre Soleil lorsqu’ils vieillissent : ils se transforment en géantes rouges, des étoiles très grandes et pas trop chaudes. Parmi elles, il existe des spécimens très particuliers : les étoiles de carbone. On pense qu’elles ont pu contribuer à l’origine de la vie dans l’Univers.
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Caractéristiques et origines des étoiles de carbone
Techniquement, les étoiles de carbone n’ont rien de surnaturel : ce sont des géantes rouges (parfois même des naines rouges) dont la couche superficielle est constituée de carbone. Pourquoi donc sont-elles spéciales ? La réponse réside dans le secret de la formation des géantes rouges.
Le modèle classique d’une étoile interne au carbone
Lorsque tout l’hydrogène du noyau du luminaire a brûlé, la fusion thermonucléaire à base d’hélium commence. Sa première étape est le processus triple alpha, au cours duquel l’hélium se transforme en carbone. Parallèlement, le début de la combustion thermonucléaire de l’hélium déplace les zones d’échange thermique de l’étoile. La région de convection, qui transporte habituellement l’hydrogène chauffé des limites du cœur lumineux vers la surface, descend et commence à aspirer la matière de la partie interne de l’étoile. C’est ainsi que de nombreux éléments lourds comme l’oxygène ou le carbone arrivent à la surface.
Le lever de soleil de la géante rouge sur Terre vu par l’artiste.
Vous avez probablement déjà deviné comment se forment les étoiles carbonées : lorsque le processus de combustion produit suffisamment de carbone, sa quantité dépasse celle de l’oxygène et des autres éléments de la composition spectrale. Ces étoiles au carbone sont également appelées étoiles «intrinsèques», en raison du fait que leur carbone se forme à l’intérieur d’elles-mêmes. Il se combine à l’oxygène pour former des formes lumineuses de dioxyde de carbone et, dans une plus large mesure, de monoxyde de carbone, que nous connaissons sous le nom de monoxyde de carbone. La surface du luminaire présente alors des propriétés intéressantes : noir comme le charbon, il émet une lumière d’un rouge grenat profond.
Une étoile carbonée de forme classique ne dure pas longtemps — de dix à cent mille ans, selon ses réserves de masse. Une explosion de la combustion de l’hélium déclenche un fort rayonnement qui dilate l’enveloppe de l’étoile et arrête la réaction thermonucléaire active, enflammant l’hydrogène dans les couches extérieures et l’atmosphère de l’étoile. Lorsque l’enveloppe s’amincit, l’étoile devient une naine blanche. Au cours de ces changements, une grande quantité de matière stellaire est perdue — jusqu’à la moitié de la masse de l’étoile. Elle forme une nébuleuse planétaire autour de l’étoile morte.
Une étoile au carbone et la nébuleuse planétaire qui l’entoure
Modèle non classique (binaire) d’une étoile externe au carbone
Cependant, une étoile carbonée lumineuse peut également devenir une étoile carbonée avec l’aide d’autres objets cosmiques. Comme les étoiles de Wolf-Raye, les étoiles de carbone peuvent se former dans des systèmes d’étoiles doubles, où les luminaires s’influencent activement l’un l’autre, modifiant le cours naturel des processus physiques.
Tout d’abord, le système stellaire devrait comporter deux étoiles lumineuses de la séquence principale, dont l’une vieillit plus vite que l’autre et devient une géante rouge — et en même temps une étoile à carbone. Comme nous le savons déjà, les étoiles carbonées de type classique perdent leur enveloppe extérieure riche en carbone au cours de leur activité. Mais il n’est pas possible de former une nébuleuse : l’enveloppe de carbone est «enroulée» par l’étoile voisine.
C’est pourquoi cette catégorie d’étoiles à carbone est appelée étoile «externe», car leur surface de carbone est prise à l’extérieur. Étant donné que la composition de ces étoiles lumineuses contient encore beaucoup d’hydrogène, une étoile au carbone non classique existe depuis très longtemps. L’identification d’une étoile externe au carbone dans un système double est assez simple : après la deuxième étoile, il devrait rester une naine blanche, facile à identifier en raison de sa petite taille et de sa luminosité.
Découverte et recherche d’étoiles à carbone
En raison de leur luminosité élevée et de leur couleur expressive, les étoiles de carbone ont été découvertes très tôt — dès 1860, elles ont été classées par l’Italien Angelo Secchi. Cet astronome a beaucoup contribué au développement de la science moderne. Combinant l’étude des étoiles avec ses fonctions de prêtre, il a été le pionnier de la spectrographie des luminaires. Il a également été le premier à prouver que le Soleil était une étoile. Membre de l’Académie des sciences de Paris, il participe à l’Académie des sciences de Saint-Pétersbourg et dirige l’observatoire de Rome. C’est là qu’il a organisé des observations systématiques du champ magnétique terrestre, qui se poursuivent encore aujourd’hui. Pour ses contributions, Angelo Secchi est souvent appelé «le père de l’astrophysique».
À l’heure actuelle, les étoiles de carbone posent de sérieux problèmes aux astronomes. En raison des processus physiques actifs à l’intérieur des étoiles de carbone, leur luminosité varie constamment, ce qui en fait des étoiles variables, et il est donc difficile de déterminer avec précision leur magnitude stellaire. En outre, la couche de carbone à la surface bloque la plupart des bandes de lumière qui permettent aux astronomes de calculer la température d’une étoile. Par conséquent, les estimations de l’échauffement de certains luminaires de classe sont purement théoriques et comparées à leurs voisins les plus proches dans le diagramme de Hertzsprung-Russell.
Une naine rouge à carbone avec une hypothétique planète en orbite
Il a également été récemment démontré que des molécules organiques complexes telles que les acides nucléiques pourraient s’être formées à proximité d’étoiles carbonées qui se trouvent au dernier stade de leur évolution. Les températures élevées, associées à une abondance de carbone et de matière lourde, permettent aux réactions chimiques nécessaires de se produire. De plus, l’instabilité gravitationnelle des vieilles étoiles provoque de forts vents interstellaires, au cours desquels des molécules organiques quittent l’espace circumstellaire.
Si ces substances tombent sur une météorite ou une comète, elles peuvent facilement survivre au voyage interstellaire et atteindre la Terre. Cette théorie augmente la probabilité de trouver de la vie en dehors du système solaire.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023