• JC Duval

Poussières d'étoiles - Episode 2


La fin des étoiles moyennes.


 

La vie d’une étoile moyenne

 

Géante rouge


Au fil du temps, la concentration en hélium au centre de l’étoile augmente. Or la présence d’hélium interfère avec les interactions entre protons et donc avec la fusion de l’hydrogène.

Quand l'étoile a brûlé tout l'hydrogène de son cœur, c'est-à-dire à peu près 10% de la masse total de l'étoile, le résultat se traduit par une diminution du nombre de réactions nucléaires et donc de la pression engendrée. La gravité peut reprendre l’avantage et l’étoile se contracte.


La reprise de la contraction a deux conséquences. D'abord, la densité et la température augmentent dans une zone en forme de coquille autour du noyau, ce qui permet à la fusion de l’hydrogène de se remettre en route. Ensuite, dans le noyau lui-même, la température augmente énormément et finit par atteindre les 100 millions de degrés.

Un nouveau type de réaction nucléaire se met alors en place. Les noyaux d’hélium commencent à fusionner pour former des noyaux de carbone. Les étoiles réussissent là où le BigBang avait échoué, un élément nouveau apparaît, le carbone, qui jouera plus tard un rôle central dans l'essor de la vie.


Pour l’étoile, la phase de fusion de l’hélium conduit à une métamorphose. Le double apport d’énergie au centre est capable d’arrêter la contraction, mais il est d’une telle ampleur que les couches externes de l’étoile vont être repoussées vers l’extérieur.

Le diamètre de l’étoile augmente de façon spectaculaire, sa température de surface baisse, sa couleur vire au rouge. L’étoile quitte la séquence principale pour devenir une géante rouge.

Une géante rouge.
 

Naines blanches


Les étoiles de masse 1 à 2 masses solaires s’arrêteront au carbone, car la contraction gravitationnelle de l'étoile sera insuffisante pour atteindre la température d'amorçage de la fusion du carbone en oxygène et en néon.

Ce type d'étoile va expulser son atmosphère en vent stellaire et terminer sa course en naine blanche.


Pour la majorité des étoiles, la création d’éléments nouveaux s’arrête au stade du carbone. La fusion de l’hélium perd de son efficacité et la gravité l’emporte. Aucune autre réaction nucléaire n’est capable de se mettre en place pour résister.

Les couches internes s’effondrent et la densité de matière augmente de façon prodigieuse.


L’effondrement est brutalement stoppé lorsqu’apparaît une nouvelle force, liée au principe quantique d’exclusion, appelée pression de dégénérescence* des électrons. Le cœur de l’étoile s’est alors transformé en naine blanche, un astre très dense dont un centimètre cube est de l’ordre de la tonne.


La formation de la naine blanche interrompt brutalement l’effondrement de l’étoile et provoque des ondes de choc qui vont disloquer les couches externes et les éjecter dans le cosmos.

Un spectacle magnifique apparaît alors, appelé une nébuleuse planétaire.

Nébuleuse planétaire.

* Pression de dégénérescence : Pression d'origine purement quantique à laquelle est soumis un gaz de fermions - notamment les électrons et les neutrons. Le principe d'exclusion de Pauli dit qu'il faut fournir une énergie d’autant plus élevée pour ajouter un fermion à une assemblée de ses congénères que ceux-ci occupent déjà les états de basse énergie.

Cela se traduit par une force que l’on appelle «pression de dégénérescence».


Voilà pourquoi, vous pouvez marcher tranquillement sur les sentiers de nos belles campagnes sans vous enfoncer dans le sol.

 

Novae


Une nova est une explosion à la surface d'une naine blanche.

Ne pas confondre nova et supernova qui est l’explosion de toute une étoile et qui par définition ne peut se produire qu’une seule fois.


Un transfert de masse entre étoiles


Les naines blanches, lorsqu’elles sont membres d’un système binaire, peuvent donner lieu à un phénomène très spectaculaire appelé nova. L’action se produit lorsque la deuxième étoile du couple atteint le stade de géante rouge et voit son enveloppe se dilater. Si le couple est très serré, les couches externes de la géante rouge sont alors attirées par la naine blanche.

Un transfert de masse se met en place et une partie de l’hydrogène de la géante rouge vient former un disque de matière autour de la naine blanche, ce que l’on appelle un disque d’accrétion. Ensuite, sous l’effet des forces de friction internes, le gaz du disque va peu à peu tomber sur la naine et former une couche d’hydrogène qui devient de plus en plus dense et chaude.


La fusion de l’hydrogène dans les novae


Quand la température atteint la dizaine de millions de degrés, les réactions de fusion de l’hydrogène se déclenchent. Une formidable explosion se produit à la surface de l’étoile. Les couches d’hydrogène sont expulsées avec une violence inouïe. La luminosité de l’étoile binaire est démultipliée en quelques jours par un facteur compris entre 10 000 et un million, en fonction de la quantité d’hydrogène accumulée.

Il faut ensuite plusieurs mois pour que la situation redevienne normale. Malgré la violence de l’explosion, la naine blanche n’est pas trop affectée et le processus peut reprendre jusqu’à une nouvelle explosion, après une période comprise entre un siècle et plusieurs dizaines de milliers d’années.

Episode 3

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