Partie III:
Une étoile connaît plusieurs phases dans sa vie et la plus longue, comme le soleil en ce moment, se nome la phase principale. L'étoile à force de conversion de l'hydrogène en hélium les stocks du premier s'épuise. Les réactions de fusions ne vont pas s'arrêter à ce stade, l'étoile va reprendre son effondrement pour augmenter la température en son cœur de façon à créer de nouvelles réactions mais qui demande plus d'énergie car les éléments mis en présence ont acquis une plus grande stabilité du fait de leur fusion ultérieur. Du fait de l'effondrement, les couches supérieures de l'étoile vont suivre le mouvement mais au moment où la température de reprise de fusion est atteinte, cela crée une onde de choc qui va faire que ces couches vont " ricocher " sur le cœur. L'étoile va alors se dilater, son diamètre est si grand que les gaz à sa surface ont perdu tellement d'énergie qu'ils vont rayonner dans le rouge plutôt que dans le bleu ou le jaune car ces longueurs d'ondes sont plus énergétiques que le rouge. On arrive au stade de la géante rouge ou pour une géante bleue, au stade de la super géante rouge.
L'étoile va ainsi convertir d'autres éléments de plus en plus stable jusqu'à atteindre le fer. Tout ces éléments vont s'organiser autour du noyau de façon concentrique, du plus lourd au centre au plus léger.
A) Les Géantes Rouges
- Une étoile connaît plusieurs phases dans sa vie et la plus longue, comme le soleil en ce moment, se nome la phase principale. L'étoile à force de conversion de l'hydrogène en hélium les stocks du premier s'épuise.
Entre 0,5 et 7 masses solaires environ, une fois qu'il n'y a plus d'hydrogène à brûler au cœur de l'étoile, l'hydrogène se met à brûler dans une couche mince enveloppant celui-ci et faisant gonfler les couches externes de l'étoile. Les réactions de fusions ne vont pas s'arrêter à ce stade, l'étoile va reprendre son effondrement pour augmenter la température en son cœur de façon à créer de nouvelles réactions mais qui demande plus d'énergie car les éléments mis en présence ont acquis une plus grande stabilité du fait de leur fusion ultérieure. Du fait de l'effondrement, les couches supérieures de l'étoile vont suivre le mouvement mais au moment où la température de reprise de fusion est atteinte, cela crée une onde de choc qui va fusionner tout cet hydrogène entourant le cœur le cœur. L'étoile va alors se dilater, son diamètre est si grand que les gaz à sa surface ont perdu tellement d'énergie qu'ils vont rayonner dans le rouge plutôt que dans le bleu ou le jaune car ces longueurs d'ondes sont plus énergétiques que le rouge. Celle-ci devient une géante rouge de rayon égal à plusieurs centaines de fois celui du Soleil les produite de fusion vont devenir les suivants :carbone puis de l'oxygène, du néon et du magnésium par de nouvelles captures de noyaux d'hélium L'étoile va ainsi convertir d'autres éléments de plus en plus stable jusqu'à atteindre le fer. Tout ces éléments vont s'organiser autour du noyau de façon concentrique, du plus lourd au centre au plus léger (l'hydrogène) en surface.
-Dans le cas d'une étoile avec une masse comprise entre 0.5 masses solaire < M < 7 masses solaires, l'étoile, qui s'est transformée en géante rouge va expulser, au fur et à mesure des millions d'années, ses couches externes sous l'effet du souffle du cœur. A la fin de sa vie, toutes ses couches ont été expulsées autour d'une petite étoile : une naine blanche. Les gaz entourant cette petite étoile sont éclairés de l'intérieur et forment une nébuleuse planétaire. Cette nébuleuse a été enrichie d'élément plus lourd, qui pourront donner naissance aux planètes.
A titre de comparaison, voici la taille d'une géante rouge par rapport à d'autres grandeurs de référence.B) Les Naines Blanches
Les étoiles de 0,07 à 0,5 masses solaires vont brûler lentement de l'hydrogène dans leur cœur. La taille d'une naine blanche est comparable à celle de la Terre. Lorsqu'il n'y a plus d'hydrogène à brûler, le cœur se contracte et les électrons deviennent dégénérés avant d'atteindre la température nécessaire à la fusion de l'hélium. L'étoile devient une naine blanche d'hélium. Un des résultat de la mécanique quantique (qui décrit le comportement des particules élémentaires constituant, entre autres, la matière) établit qu'il existe des volumes élémentaires qui ne peuvent contenir plus de deux particules (fermions) de même type. C'est le principe d'exclusion de Pauli. La matière est constituée de noyaux (protons et neutrons) et d'électrons. Les premières particules à atteindre l'état de dégénérescence sont les électrons. Les naines blanches sont composées d'un mélange de noyaux non dégénérés et d'un gaz d'électrons dégénérés. La pression ne dépend alors plus de la température mais uniquement de la densité. La pression des électrons dégénérés est suffisante pour s'opposer à la gravité pour des objets de masse inférieure à une masse limite dite masse de Chandrasekhar (car prédite par l'astronome Indien Subrahmanyan Chandrasekhar). Cette masse limite est d'environ 1,4 masse solaire. Ce qui implique une pression qui correspond à une densité pouvant atteindre une tonne par centimètre cube (soit une tonne sur le bout de votre petit doigt).
On voit ici une nébuleuse planétaire au centre de laquelle une naine blanche termine sa vie.
C) Une autre sorte d'étoile
NB: La matière est dite dégénérée lorsque sa densité est telle que les particules qui la constituent parviennent à remplir presque tous les volumes élémentaires.
Dans le cas d'une étoile avec une masse supérieure à 8 masses solaires, son devenir est tout autre. La fusion va continuer jusqu'au fer qui est l'élément le plus stable de l'univers et la température avoisinera 3 milliards de degrés celsius. Sous l'effet de l'énorme force de gravité, les électrons vont se coller aux protons, c'est la neutronisation. La fusion thermonucléaire va alors s'arrêter nette. Le force de gravité reprends le dessus et comme l'étoile était devenu une super géante rouge, elle à donc un diamètre extrêmement important ( de l'ordre de la centaine de millions de kilomètre). Les couches supérieurs ont donc une énergie potentielle de pesanteur énorme et lorsqu'elles vont arriver sur ce cœur inerte, elles vont rebondir et toutes fusionner d'un seul coup avec une telle violence que la luminosité de l'étoile va être égale à celle de la galaxie dans laquelle elle se trouve pendant toute la durée de l'explosion. On appelle cette phase une super novæ. Il reste au cœur de l'étoile, une sphère de la taille de la Terre qui, si elle est comprise entre 1.4 < m < 3 masses solaire (limite de Chandrasekhar), deviendra une étoile à neutrons. Mais si sa masse est supérieure à 3 masse solaire, elle est destinée à devenir un trou noir.
Un trou noir (vue d'artiste)
