Comment fonctionnent les étoiles ?
La naissance d'une étoile
Les premières étoiles ont été créées à partir des éléments produits lors du big-bang, phase appelé « nucléosynthèse ». Cette nucléosynthèse a produit principalement de l’hélium et de l’hydrogène (ainsi que du lithium en faible quantité). Ces trois éléments sont donc les composants de toutes les premières étoiles, les « étoiles primordiales ». Lors de la fin de vie de ces étoiles, une nébuleuse pourra être crée ce qui permettra la formation de nouvelles étoiles.
Les étoiles (non primordiales) se forment donc à partir d’un nuage de poussière et de gaz, appelé nébuleuse, qui commence à s’effondrer sous l’effet de sa propre gravité par le mécanisme de l’effondrement gravitationnelle. Une pression s’exerce sur la matière située au centre du nuage et la température augmente. Le nuage ainsi contracté aussi appelé « protoétoile » rayonne et l’effondrement continue de manière moins marqué. La température quant à elle continue à augmenter et à partir de 106 K la fusion nucléaire de l’hélium et de l’hydrogène présent commence. Cette fusion permet de faire briller l’étoile durant plusieurs millions d’années.
Au moment des réactions nucléaire, le cœur de l’étoile cesse de s’effondrer, la force de gravité interne devient plus équilibrer avec l’explosion de gaz chauds vers l’extérieur. Les étoiles sauf celles qui ont une masse inférieur à 0.08 passent la majeur partie de leur vie à ce stade, on dit qu’elles sont sur la « séquence principale ». Elles y restent jusqu’à ce que la fusion de l’hydrogène en hélium devienne impossible dû au fait qu’il y a trop d’hélium présent dans son noyau.
L'image ci-contre provient de la nébuleuse de l'aigle qui se trouve dans la constellation du serpent.
On peut observer sur celle-ci de multiple points violets : ce sont des étoiles en formation. Elles ressortent de cette couleur parce que pour observer des étoiles au moment de leur naissance on utilise de la radioastronomie (on reviendra sur ce terme dans la partie observation). On remarque aussi qu'elles sont de tailles différentes ce qui est du à leurs différence d’âge, les plus petites se trouvent au cœur de la nébuleuse et les plus grosses se trouvent à la bordure.
La mort des étoiles
Lorsque l’hydrogène du noyau d’une étoile est en trop faible quantité pour créer de l’hélium, les réactions nucléaires n’équilibrent plus la force de gravité et l’étoile se contracte sous l’effet de son propre poids en augmentant sa température et sa pression. Ce n’est plus l’hydrogène mais l’hélium qui va fusionner pour donner du carbone. L’énergie produite est encore plus grande que pour la fusion de l’hydrogène. Pour les étoiles telles que le soleil, qui vont devenir des géantes rouges, l’étoile va tout d’abord grossir à cause de la forte production d’atomes au cœur de celle-ci. L’étoile va donc se dilater ce qui va causer son refroidissement, puis une contraction aura lieu et une nouvelle dilatation. On appel ce phénomène répétitif : l’état de l’étoile variable. L’étoile devient alors rouge suite au refroidissement causé par son grossissement. Lorsque la plupart de l’hélium s’est transformé en carbone, le cœur de l’étoile s’effondre et l’étoile devient une naine blanche.
Les étoiles plus massives quant à elles explosent pour former une supernova. Ici, la fusion ne s’arrête pas au carbone mais continue jusqu’à ce que des éléments beaucoup plus lourds, comme du fer, soient produits. Le cœur de l’étoile s’effondre donc sur lui-même. Le fer dans le noyau à l’état solide devient très dense et à cause de la gravitation, les autres couches de l’étoile vont à leur tour s’effondrer sur ce cœur. Cependant, le cœur est tellement dense que les couches vont rebondir sur lui et causer une explosion. Au cœur de cette explosion, la supernova, il restera ce que l’on appelle une étoile à neutron, un pulsar.
Pour les étoiles encore plus massives, elles vont subir le même phénomène mais à des proportions beaucoup plus extrêmes telles qu’aucune force connue ne permette de maintenir l’équilibre ce qui va donc créer un trou noir.