Les principales sources de lumière dans l’univers sont les étoiles. De plus, le Soleil, l’étoile la plus proche de nous, est la principale source d’énergie pour la vie sur Terre. Beaucoup d’entre nous savent à quel point notre planète bleue est insignifiante par rapport au puissant luminaire. Cependant, chaque fois que l’on se souvient du rapport des volumes de ces deux corps célestes, il est impossible de ne pas être surpris. Pensez-y, le Soleil est plus d’un million de fois plus grand que la Terre ! Les luminaires sont parmi les plus grands objets monophasés de l’espace, mais à quel point la taille des étoiles peut-elle être différente ?
Table des matières
Des points trompeurs dans le ciel
«Odysseus est le vaisseau que nous utiliserons pour explorer les étoiles.
En levant les yeux vers le ciel nocturne, chacun d’entre nous peut être émerveillé par le nombre incalculable de points lumineux. C’est comme si des myriades de perles de taille, de luminosité et de couleur différentes étaient éparpillées sur le glaçage noir céleste. En regardant le ciel la nuit, on a l’impression que toutes les étoiles sont de la même taille, à l’exception des planètes, bien sûr. Supposons que nous disposions d’une sorte de vaisseau spatial compact, ressemblant extérieurement à un avion de chasse. Il sera équipé du moteur du futur, qui suffira à faire fonctionner les réservoirs habituels de l’avion, et nous lui donnerons un nom simple : «Odysseus».
Est-ce une étoile ou non ?
Notre Odyssée est en orbite autour de l’étoile double Gliese 229. Elle n’est qu’à 19 années-lumière du soleil. Nous nous intéressons à Gliese 229 B, un objet plus petit que Jupiter. Nous réglons les paramètres dans l’ordinateur pour entrer en orbite. Mais soudain, le pilote automatique nous avertit que le vaisseau tombe rapidement et que les données entrées manuellement sont fausses. L’ordinateur s’empresse d’ajuster la poussée, non seulement un peu, mais plusieurs fois. Il s’avère bientôt que Gliese 229 B, bien que plus petite en dimensions géométriques que Jupiter, est 25 fois plus lourde.
Jusqu’à présent, le débat portait sur la question de savoir s’il fallait qualifier les étoiles d’objets obscurs tels que les naines brunes. Aujourd’hui, on considère qu’il s’agit de sous-étoiles à hydrogène dont la taille varie de 0,012 à 0,0767 masse solaire. Ces masses sont comparables à la taille de Jupiter. Dans les entrailles des naines brunes se déroulent des processus thermonucléaires, comme dans les étoiles. Mais le dégagement de chaleur est principalement dû à la réaction de fusion d’isotopes de noyaux légers tels que le lithium, le béryllium, le bore et le deutérium. La contribution de la fusion classique des protons au dégagement total de chaleur est faible. On pense que les naines brunes représentent la plupart des étoiles du cosmos. Certains astronomes pensent que les naines brunes pourraient représenter une part importante de la matière noire. Passons à la suite
Du plus petit au plus grand
La taille des étoiles de la Voie lactée.
Demandons-nous quelle est la taille des plus petits membres de cette classe d’objets cosmiques. Nous commandons à l’ordinateur de bord de voler jusqu’à l’étoile à neutrons la plus proche. Et voilà que nous nous approchons d’une étoile minuscule au nom étrange : RX J1856.5-3754.
RX J1856.5-3754 : image aux rayons X prise par le télescope Chandra.
«Odyssey» plane au-dessus de la surface de la mie, dont le diamètre n’est que de 10 à 20 kilomètres, mais nos moteurs prennent furieusement de la vitesse, et les informations des écrans nous indiquent que nous sommes en orbite autour du Soleil ! Et c’est là que la première surprise nous attend ! Les plus petits membres de la famille des étoiles ont un diamètre d’environ 15 kilomètres. Mais leur masse dépasse celle du Soleil. Imaginez la densité d’une étoile à neutrons. Après des calculs mathématiques élémentaires, on s’aperçoit que la compacité de l’empilement de matière y dépasse celle du noyau atomique.
Étoiles à neutrons
Étoiles à neutrons en une image
Nous prenons notre courage à deux mains et descendons plus bas pour mieux voir l’étoile, mais l’alarme de la cabine se met à hurler, nous avertissant de l’existence d’un champ magnétique colossal.
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Mais ce sont là des faits connus. Mais il existe une autre propriété exotique des étoiles à neutrons. Elle est principalement liée aux effets relativistes. En substance, si vous observez une étoile à neutrons sous n’importe quel angle (au-dessus, au-dessous ou perpendiculairement à l’axe de rotation), vous verrez plus de 50 % de sa surface totale ! Difficile de s’y retrouver. Si cet effet était transposé sur notre planète, on pourrait voir au-delà de l’horizon. Dans les prochains articles, nous reviendrons certainement sur ce phénomène et sur bien d’autres phénomènes étonnants. Et pour mieux les comprendre, décomposons-les sur nos doigts. Les étoiles à neutrons sont les squelettes d’étoiles autrefois vivantes, elles n’ont pas de source d’énergie. Elles ressemblent plutôt à des batteries géantes qui perdent irrémédiablement de l’énergie. Il est temps d’examiner une autre classe de pseudo-étoiles.
L’étoile de Van Maanen.
L’étoile de Van Maanen.
«Odyssey est en orbite autour de l’étoile de Van Maanen, la naine blanche la plus proche, à 14,1 années-lumière du Soleil. C’est un spectacle déprimant. Nous observons une sorte de cadavre, les restes d’un luminaire pré-évolué. Les naines blanches ne font pas plus d’un centième de la taille du Soleil et ont une masse comparable. Une naine blanche est le noyau peu lumineux d’une étoile morte qui ne brille que par le refroidissement de son plasma. Entre les naines blanches et notre Soleil, nous avons l’une des classes d’étoiles les plus importantes en termes de population : les naines rouges. Une commande à l’ordinateur et nous sommes en orbite autour de Proxima Centauri en un clin d’œil.
Une petite étoile rouge qui brille langoureusement dans l’immensité de l’espace. La taille et la masse de ces étoiles représentent moins d’un tiers de la taille et de la luminosité d’une étoile des milliers de fois plus petite que le Soleil.
Selon de nombreux astronomes, les naines rouges constituent la classe la plus nombreuse de «vraies» étoiles dans l’univers. En réalité, toutes les étoiles susmentionnées n’en sont pas. Ce n’est que dans les naines rouges que se produisent les réactions thermonucléaires classiques du proton, ce qui leur permet d’exister pendant des centaines de milliards d’années.
Si l’humanité veut trouver dans l’espace une étoile capable de nous abriter après la mort de son étoile mère, elle n’aura pas à aller bien loin. À l’échelle du cosmos, bien sûr.
Du Soleil aux supergéantes rouges.
Jetons un coup d’œil aux naines jaunes. Oui, oui, notre Soleil est une naine jaune ! Plus précisément, sa classe spectrale est G2V. Ce type d’étoile n’est pas très abondant dans l’Univers. Les étoiles de ce type ont une masse comprise entre 0,8 et 1,2 masse solaire. Lorsque les étoiles semblables à notre luminaire consomment de l’hydrogène, leur taille augmente et elles deviennent des sous-géantes et des géantes rouges. Il n’y a pas grand-chose d’intéressant et Odyssey ne demande pas à poursuivre le banquet.
Bételgeuse
Image IR de Bételgeuse
Nous nous trouvons en orbite autour de Bételgeuse, à 500 années-lumière de chez nous, à 19 unités astronomiques du centre de l’étoile. C’est un spectacle indescriptible. En étant aussi loin du centre de cette étoile qu’Uranus du centre du Soleil, nous voyons que le disque rouge de l’étoile est presque cent fois plus grand que le Soleil et qu’il est de couleur rouge. Une étoile mourante. Si l’on convertit l’âge des étoiles en vie humaine, le Soleil aurait un peu plus de quarante ans. Bételgeuse, en revanche, est un vieil homme qui vit ses derniers jours. Alors que nous admirons la vue envoûtante, l’ordinateur nous avertit de quitter immédiatement les limites de l’étoile, car les observations spectrales suggèrent que l’étoile brillera bientôt plus fort, ce qui pourrait nuire à notre petit vaisseau. Les géantes rouges sont instables et leur rayonnement peut varier considérablement.
Alnitak
Alnitak, Alnilam et Mintaka.
Mais alors que ces étoiles rouges «grasses» sont vieilles, les géantes bleues et les supergéantes sont très jeunes. Le vaisseau entre dans l’orbite d’Alnitak, une géante bleue de la constellation d’Orion, suspendue dans l’espace noir à 800 années-lumière de la Terre. L’ordinateur nous prévient que nous ne pourrons observer cette étoile qu’à l’aide d’une caméra vidéo munie de filtres spéciaux, car sa luminosité est 35 000 fois supérieure à celle du Soleil ! En fait, les géantes bleues sont si chaudes qu’elles n’ont même pas le temps de vivre une vie stellaire. Alors que les naines jaunes vivent jusqu’à 10 milliards d’années et que les naines rouges peuvent théoriquement durer jusqu’à 100 ans, les géantes bleues et les supergéantes brûlent littéralement en un clin d’œil. Qu’est-ce que 10 à 50 millions d’années de vie pour une étoile ? Malgré leur nom effrayant, leur taille est plus que modeste. Pas plus de 25 rayons solaires. Le rayon d’Alnitak est 18 fois supérieur à celui du Soleil, tout comme sa masse.
Antarès
Une nébuleuse près d’Antarès et de Rho Serpens.
Dans l’immensité de l’espace infini, il existe de véritables mastodontes sous la forme de supergéantes. L’humble Odyssey nous emmène sur l’orbite haute d’Antarès, l’étoile la plus brillante de la constellation du Scorpion, à 600 années-lumière du Soleil. Pour mieux l’observer, nous demandons à l’ordinateur de se déplacer à une distance de 1,4 unité astronomique du noyau, pour ainsi dire avec une réserve. Mais le système proteste, nous assurant que nous serons sous la surface de l’étoile. Comment cela ? Nous serons à l’équivalent de l’orbite de Mars à partir du noyau d’Antarès. Or, il s’avère que les supergéantes rouges ont des rayons 800 fois plus grands que le Soleil. Mais la masse d’Antarès n’est que 12,4 fois celle du Soleil, son gaz est très raréfié.
L’UY des boucliers
L’UY du Bouclier comparé à celui du Soleil
Avant de conclure notre visite, on nous demande d’emmener Odyssey vers la plus grande étoile connue à ce jour. Nous sommes en orbite autour du Bouclier UY, à la même distance du noyau que Saturne par rapport au Soleil. Et pourtant, la quasi-totalité de notre champ de vision est obscurcie par le disque de la géante rouge d’une étoile dont le rayon est 1700 fois plus grand que celui du Soleil, mais dont le poids n’est que 40 fois plus élevé. Si nous placions cette étoile au centre du système solaire, elle engloutirait toutes les planètes jusqu’à Jupiter. Si nous réduisons la Terre à la taille d’un centimètre, l’UY de Shield à la même échelle est de près de 2 kilomètres !
Qu’en est-il au final ?
Dimensions des planètes et des étoiles
En résumé, il est important de noter que la masse et la taille géométrique des étoiles peuvent varier considérablement. Certaines ont des densités inimaginables, alors que d’autres, au contraire, sont très raréfiées. La luminosité et la couleur, la température et la durée de vie des étoiles sont très variables. La taille des étoiles est influencée par la combinaison de deux forces : la gravité, qui tente de comprimer l’étoile, et la pression du gaz chauffé à l’intérieur. À l’heure actuelle, la théorie de l’évolution stellaire est loin d’être parfaite.
Le diagramme de Hertzsprung-Russell.
Les astrophysiciens ne parviennent pas à donner une réponse claire à la question triviale : «Quelle peut être la taille et la masse d’une étoile ?
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Bien sûr, il existe des contraintes fondamentales qui empêchent, par exemple, l’existence d’une étoile de la taille d’une galaxie. Les étoiles dont la masse est comprise entre 8 et environ 150 masses solaires vivent rapidement, car la température à l’intérieur est énorme et les réactions thermonucléaires se déroulent rapidement. Il y a peu, on pensait que la limite de la masse d’une étoile était de 150 masses solaires. Mais des recherches spatiales récentes ont montré que 300 masses solaires n’étaient peut-être pas la limite d’une étoile ! Dans de telles étoiles, en plus des réactions de fusion rapides comme l’éclair, il y a des fluctuations supplémentaires dues à l’interaction de paires de particules et d’antiparticules. De telles supergéantes peuvent exploser avant même l’effondrement classique, en passant simplement par le processus d’annihilation. Mais tout cela n’est encore qu’une théorie.
Beaucoup de choses ont été oubliées dans ce récit. Mais tout se fera en temps voulu. Et nous, émerveillés par une telle variété de tailles d’étoiles, fatigués et satisfaits, nous donnons l’ordre «Odyssée» pour retourner sur la minuscule, mais si natale Terre.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023