Étoile
Une étoile est une très grosse boule de matière chaude et brillante dans l'espace. Cette matière est appelée plasma. Les étoiles sont maintenues ensemble par la gravité. Elles émettent de la chaleur et de la lumière parce qu'elles sont très chaudes.
Les étoiles sont chaudes parce que des réactions nucléaires se produisent à l'intérieur d'elles. Ces réactions sont appelées fusion nucléaire. La fusion nucléaire produit de la lumière et de la chaleur et produit des éléments chimiques de plus en plus gros. Les étoiles contiennent beaucoup d'hydrogène. La fusion nucléaire transforme l'hydrogène en hélium. Quand une étoile vieillit, elle commence à transformer l'hélium en d'autres éléments chimiques plus gros, comme le carbone et l'oxygène. La fusion produit beaucoup d'énergie. Cette énergie rend l'étoile très chaude. L'énergie produite par les étoiles s'éloigne (rayonne) d'elles. Une grande partie de l'énergie quitte l'étoile sous forme de lumière. Le reste part sous forme d'autres types de rayonnement électromagnétique.
Une région de formation d'étoiles dans le grand nuage de Magellan. Image NASA/ESA
L'amas d'étoiles ouvertes Pismis 24 se trouve dans la nébuleuse NGC 6357. Il possède certaines des plus grandes étoiles connues. Pismis 24-1 a près de 300 fois la masse du Soleil. C'est un système multiple d'au moins trois étoiles. Les formes étranges prises par les nuages sont le résultat du vaste rayonnement émis par ces énormes étoiles chaudes. Cette image combine des données d'images avec trois filtres différents dans la lumière visible du télescope danois de 1,5 mètre de l'Observatoire de La Silla de l'ESO au Chili.
La nébuleuse du Crabe, vestiges d'une supernova qui a été vue pour la première fois vers 1050 après J.-C.
Le soleil de la Terre
L'étoile la plus proche de la Terre est le Soleil. L'énergie du Soleil soutient presque toute la vie sur Terre en fournissant de la lumière aux plantes. Les plantes transforment la lumière en énergie par un processus appelé photosynthèse. L'énergie du Soleil est également à l'origine des conditions météorologiques et de l'humidité sur Terre.
Nous pouvons voir d'autres étoiles dans le ciel nocturne lorsque le Soleil se couche. Comme le Soleil, elles sont composées principalement d'hydrogène et d'un peu d'hélium, ainsi que d'autres éléments. Les astronomes comparent souvent ces autres étoiles au Soleil. Par exemple, leur masse est donnée en masses solaires. Une petite étoile peut avoir 0,2 masse solaire, une grande 4,0 masses solaires.
Planètes
La Terre et les autres planètes se déplacent autour (orbite) du Soleil. Le Soleil et toutes les choses qui gravitent autour du Soleil sont appelés le système solaire. De nombreuses autres étoiles ont des planètes en orbite autour d'elles : ces planètes sont appelées exoplanètes. Si vous étiez sur une exoplanète, notre Soleil ressemblerait à une étoile dans le ciel, mais vous ne pourriez pas voir la Terre car elle serait trop éloignée.
Numéros, distances
Proxima Centauri est l'étoile la plus proche de notre Soleil. Elle se trouve à 39,9 trillions de kilomètres. Elle se trouve à 4,2 années-lumière. Cela signifie que la lumière de Proxima Centauri met 4,2 ans pour atteindre la Terre.
Les astronomes pensent qu'il y a un très grand nombre d'étoiles dans l'Univers. L'Univers observable contient plus de 2 billions (1012) de galaxies et, globalement, jusqu'à 1×1024 étoiles (plus d'étoiles que tous les grains de sable de la planète Terre). C'est-à-dire 1 000 000 000 000 000 000 000 000 d'étoiles, ce qui est beaucoup plus que les quelques centaines de milliards d'étoiles de la Voie lactée (notre galaxie).
La plupart des étoiles sont très vieilles. On pense généralement qu'elles ont entre 1 et 10 milliards d'années. Les plus vieilles étoiles ont 13,7 milliards d'années. C'est aussi vieux que l'Univers. Certaines jeunes étoiles n'ont que quelques millions d'années. Les jeunes étoiles sont généralement plus brillantes que les anciennes.
Les étoiles sont de tailles différentes. Les étoiles les plus petites sont des étoiles à neutrons, qui sont en fait des étoiles mortes. Elles ne sont pas plus grandes qu'une ville. Une étoile à neutrons a une grande quantité de masse dans un espace très restreint.
Les étoiles hypergéantes sont les plus grandes étoiles de l'Univers. Elles ont un diamètre plus de 1 500 fois plus grand que le Soleil. Si le Soleil était une étoile hypergéante, il s'étendrait jusqu'à Jupiter.
L'étoile Bételgeuse est une étoile supergéante rouge. Bien que ces étoiles soient très grandes, elles ont aussi une faible densité.
Certaines étoiles semblent plus brillantes que d'autres. Cette différence est mesurée en termes de magnitude apparente. Il y a deux raisons pour lesquelles les étoiles ont une magnitude apparente différente. Si une étoile est très proche de nous, elle apparaîtra beaucoup plus brillante. C'est comme une bougie. Une bougie qui est proche de nous apparaît plus brillante. L'autre raison pour laquelle une étoile peut apparaître plus brillante est qu'elle est plus chaude qu'une autre étoile plus froide.
Les étoiles émettent de la lumière mais aussi un vent solaire et des neutrinos. Ce sont de très petites particules de matière.
Les étoiles sont faites de masse et la masse fait la gravité. La gravité fait que les planètes orbitent autour des étoiles. C'est pourquoi la Terre est en orbite autour du Soleil. La gravité de deux étoiles peut les faire tourner l'une autour de l'autre. Les étoiles qui orbitent l'une autour de l'autre sont appelées étoiles binaires. Les scientifiques pensent qu'il existe de nombreuses étoiles binaires. Il existe même des groupes de trois étoiles ou plus qui orbitent l'une autour de l'autre. Proxima Centauri est une petite étoile qui orbite autour d'autres étoiles.
Les étoiles ne sont pas réparties uniformément dans tout l'espace. Elles sont regroupées en galaxies. Une galaxie contient des centaines de milliards d'étoiles.
Les étoiles ont de nombreuses tailles. L'étoile en orbite de la planète PSR B1257+12 B ne mesure que 20 kilomètres de large, mais VY Canis Majoris fait 2,8 milliards de kilomètres.
L'histoire de la vision des étoiles
Les étoiles ont été importantes pour les gens du monde entier tout au long de l'histoire. Les étoiles ont fait partie des pratiques religieuses. Il y a longtemps, les gens croyaient que les étoiles ne pouvaient jamais mourir.
Les astronomes ont organisé les étoiles en groupes appelés constellations. Ils utilisaient les constellations pour les aider à voir le mouvement des planètes et à deviner la position du Soleil. Le mouvement du Soleil et des étoiles était utilisé pour faire des calendriers. Les calendriers étaient utilisés par les agriculteurs pour décider quand planter les cultures et quand les récolter.
Les gens ont vu des motifs dans les étoiles depuis longtemps. Voici, à partir de 1690, la constellation du lion Lion, telle qu'imaginée par Johannes Hevelius.
La vie des étoiles
Les étoiles sont fabriquées dans des nébuleuses. Ce sont des zones qui contiennent plus de gaz que l'espace normal. Le gaz d'une nébuleuse est attiré par la gravité. La nébuleuse d'Orion est un exemple d'endroit où le gaz se rassemble pour former des étoiles.
Les étoiles passent la plus grande partie de leur vie à combiner (fusionner) l'hydrogène avec l'hydrogène pour produire de l'énergie. Lorsque l'hydrogène est fusionné, il produit de l'hélium et il produit beaucoup d'énergie. Pour transformer l'hydrogène en hélium, il doit être très chaud et la pression doit être très élevée. La fusion a lieu au centre des étoiles, appelé "le noyau".
Les plus petites étoiles (naines rouges) fusionnent lentement leur hydrogène et vivent pendant 100 milliards d'années. Les naines rouges vivent plus longtemps que tout autre type d'étoile. À la fin de leur vie, elles deviennent de plus en plus faibles. Les naines rouges n'explosent pas.
Lorsque des étoiles très lourdes meurent, elles explosent. Cette explosion est appelée une supernova. Lorsqu'une supernova se produit dans une nébuleuse, l'explosion pousse les gaz de la nébuleuse ensemble. Cela rend le gaz de la nébuleuse très épais (dense). La gravité et l'explosion des étoiles contribuent toutes deux à rassembler le gaz pour créer de nouvelles étoiles dans les nébuleuses.
La plupart des étoiles consomment l'hydrogène de leur noyau. Quand ils le font, leur noyau devient plus petit et plus chaud. Il devient si chaud qu'il repousse la partie extérieure de l'étoile. La partie extérieure se dilate et forme une étoile géante rouge. Les astrophysiciens pensent que dans environ 5 milliards d'années, le Soleil sera une géante rouge. Notre Soleil sera si grand qu'il mangera la Terre. Lorsque notre Soleil cessera d'utiliser de l'hydrogène pour produire de l'énergie, il utilisera de l'hélium dans son noyau très chaud. Il sera plus chaud que lorsqu'il fusionnait l'hydrogène. Les étoiles lourdes rendront également les éléments plus lourds que l'hélium. Comme une étoile produit des éléments de plus en plus lourds, elle produit de moins en moins d'énergie. Le fer est un élément lourd fabriqué dans les étoiles lourdes.
Notre étoile est une étoile moyenne. Les étoiles moyennes repoussent leurs gaz extérieurs. Le gaz qu'elles repoussent forme un nuage appelé nébuleuse planétaire. La partie centrale de l'étoile restera. Ce sera une boule aussi grosse que la Terre et appelée naine blanche. Elle se transformera en une naine noire pendant très longtemps.
Plus tard, dans les grandes étoiles, des éléments plus lourds sont fabriqués par fusion. Finalement, l'étoile fait une explosion de supernova. La plupart des choses se produisent dans l'univers si lentement que nous ne le remarquons pas. Mais les explosions de supernovae se produisent en seulement 100 secondes. Lorsqu'une supernova explose, son flash est aussi brillant que celui de 100 milliards d'étoiles. L'étoile mourante est si brillante qu'on peut la voir pendant la journée. Supernova signifie "nouvelle étoile" parce que les gens pensaient que c'était le début d'une nouvelle étoile. Aujourd'hui, nous savons qu'une supernova est la mort d'une vieille étoile. Le gaz de l'étoile est repoussé par l'explosion. Elle forme un nuage géant de gaz appelé nébuleuse planétaire. La nébuleuse du crabe en est un bon exemple. Tout ce qui reste est une étoile à neutrons. Si l'étoile était très lourde, l'étoile fera un trou noir. La gravité dans un trou noir est extrêmement forte. Elle est si forte que même la lumière ne peut pas s'échapper d'un trou noir.
Les éléments les plus lourds sont fabriqués dans l'explosion d'une supernova. Après des milliards d'années de flottement dans l'espace, le gaz et la poussière se rassemblent pour créer de nouvelles étoiles et de nouvelles planètes. Une grande partie du gaz et de la poussière dans l'espace provient des supernovae. Notre Soleil, la Terre et tous les êtres vivants sont faits de poussière d'étoile.
Couleurs
Les astronomes savent depuis des siècles que les étoiles ont des couleurs différentes. Lorsque l'on observe un spectre électromagnétique, les ondes ultraviolettes sont les plus courtes et les infrarouges les plus longues. Le spectre visible a des longueurs d'onde situées entre ces deux extrêmes.
Les instruments modernes peuvent mesurer très précisément la couleur d'une étoile. Cela permet aux astronomes de déterminer la température de cette étoile, car le rayonnement du corps noir d'une étoile plus chaude a des longueurs d'onde plus courtes. Les étoiles les plus chaudes sont bleues et violettes, puis blanches, puis jaunes, et les plus froides sont rouges. Connaissant la couleur et la magnitude absolue, les astronomes peuvent placer l'étoile sur le diagramme Hertzsprung-Russell, et estimer sa zone habitable et d'autres faits à son sujet.
Par exemple, notre Soleil est blanc et la Terre est la distance idéale pour la vie. Mais si notre Soleil était une étoile bleue plus chaude, la Terre devrait être beaucoup plus éloignée, sinon il ferait trop chaud pour avoir de l'eau et maintenir la vie.
Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'une étoile ?
R : Une étoile est une très grosse boule de matière chaude et brillante dans l'espace, composée de plasma, maintenue ensemble par la gravité.
Q : Comment les étoiles dégagent-elles de la chaleur et de la lumière ?
R : Les étoiles dégagent de la chaleur et de la lumière parce qu'elles sont très chaudes en raison de la réaction nucléaire qui a lieu en leur sein.
Q : Quel type de réaction nucléaire se produit à l'intérieur des étoiles ?
R : La réaction nucléaire qui a lieu à l'intérieur des étoiles est appelée fusion nucléaire. Elle transforme l'hydrogène en hélium et produit de l'énergie sous forme de lumière et de chaleur.
Q : Quels éléments sont produits par ce processus de fusion nucléaire ?
R : La fusion nucléaire produit des éléments chimiques plus gros comme l'hélium, avec des quantités infimes d'éléments plus lourds.
Q : De quel élément une étoile dispose-t-elle en grande quantité ?
R : Les étoiles ont beaucoup d'hydrogène.
Q : Comment l'énergie produite par les étoiles s'éloigne-t-elle d'elles ?
R : L'énergie produite par les étoiles s'éloigne d'elles sous forme de rayonnement électromagnétique, dont la lumière.
Q : Qu'arrivera-t-il au Soleil lorsqu'il vieillira ?
R : Lorsque le Soleil vieillira, sa taille augmentera et il deviendra une étoile géante rouge, ce qui se produira dans environ un milliard d'années (109 ans).
