L'évolution stellaire
Origine de l'énergie du soleil
Une étoile diffère d'une planète, en se sens qu'elle est lumineuse par elle même, une étoile possède sa propre source d'énergie.
On sait depuis 1920 que la source d'énergie du soleil comme celle des étoiles ne peut provenir que la fusion thermonucléaire qui s'opère dans les régions centrales des étoiles.
Le soleil tire son énergie de la contraction gravitationnelle lente de l'immense nuage de gaz initial jusqu'à un rayon qui est celui du soleil actuel. Au cours de cette contraction la moité de l'énergie potentielle libéré est rayonnée et l'autre moitié est échauffé et cette énergie vaut dix puissance quarante et un joules soit un facteur de 500 insuffisant pour expliquer l'âge du soleil ceci ne peut donc être expliqué que par l'énergie nucléaire qui donne une énergie tel que1 kg de matière donne 9 dix puissance seize joule
Le cycle CNO ou "chaîne proton-proton" et "réaction triple alpha" forme les réactions, la réaction CNO et proton-proton sont les deux processus qui entrent en action au démarrage de la vie d'une étoile, elles aboutissent à la fusion du noyau d'hydrogène en noyaux d'hélium
La constante gravitationnelle à élevé la température jusqu'à dix puissance sept jusqu'à cette température le gaz peut échapper la répulsion du a la charge positive de l'atome ayant perdu son électron par une augmentation de la vitesse sachant que 3/2kT est égale 1/m v au carré
Le bilan de ces réactions en terme de masse fait apparaître un défaut de masse de 7/1000 de la masse transformée soit un équivalent de 1,26 dix puissance quarante cinq joules ce qui est 100 fois supérieur à ce qui est nécessaire pour expliquer l'âge du soleil mais1/10 de la masse du soleil est susceptible de subir la fusion thermonucléaire
Les réactions thermonucléaires de fusion de l'hydrogène permette au soleil donc une durée de10 milliard d'année ,comme l'âge du soleil est de 4,6 milliard d'année on peut estimer qu'il reste 5,4 milliard d'année ou laquelle le soleil deviendra une géante rouge.
Structure interne et évolution d'un étoile
L'étoile est en équilibre mécanique sous l'action des forces de gravitations sous la tendance de la concentration et des forces de pression du à l'expansion de l'énergie
L'énergie générée des régions internes se transporte du centre de l'étoile à la surface l'émission et l'absorption successive de la lumière ou un mouvement convectifs du gaz qui constitue l'étoile
L'étoile évolue parce sa structure interne se modifie à mesure que le combustible thermonucléaire s'épuise
Les lois de la physique permet de calculer un modèle d'étoile qui permet de calculer un rendement théorique, avec sa luminosité on peut alors calculer le rayon, la température des régions superficielles
c'est la comparaison entre ces paramètres,calculées,qui permettent après observations d'associé une étoile à un modèle de structure interne
Naissance d'une étoile
la première phase: une étoile commence par sa contraction gravitationnelle des nuages de gaz et de poussière du milieu interstellaire.
si la masse de gaz est supérieur à environ 0,05 la masse solaire la température du gaz peut atteindre dix puissance sept kelvin dans les régions centrales et permettent de démarrer le fusion thermonucléaire avec l'hydrogène une étoile est née
A cette étape le déclenchement des réactions thermonucléaire de fusion stoppe la contraction gravitationnelle car le rayonnement issues des régions centrales crée une force de pression qui s'oppose a la contraction il y a équilibre mécanique c'est l'âge zéro de l'étoile
l'étoile entame une longue période stable c'est la phase de la séquence principale,les étoiles de la séquence principale du diagramme HR sont situé dans le plan de fusions de l’hydrogène
la synthèse des réactions de fusions agissent très fortement avec la température
les étoiles massives ont des températures centrale beaucoup plus élevées ce qui les conduisent à s'épuiser plus rapidement leurs ressources d'énergies ce qui explique aussi qu'elle sont plus lumineuse
la durée de vie d'une étoile de la masse du soleil est de 10 milliards d'années, elle n'est que quelques millions d'années pour une étoile de 50 masse du soleil et au contraire de 20 à 30 milliards d'années pour une étoile de 0,1 masse solaire
la composition chimique du noyau de l'étoile se modifie régulièrement dans cette phase, la structure de gaz à l'équilibre change également
la luminosité du soleil s'est accrue de 30% depuis la formation de celui ci mais ceci es minime
la fin de l'évolution dune étoile
Quand tous l'hydrogène disponible dans les régions centrales a été transformé en Hélium, le taux de production d'énergie diminue car la température n'est pas suffisante pour que le noyau d'hélium puissent fusionner, la gravitation l'emporte dans l'équilibre mécanique, les régions sont de nouveaux contracté et la température va augmenter pour fusionner l'hélium pour reproduire l'équilibre mécanique, une nouvelle phase de l'étoile commence et le système recommence jusqu'à on obtiennent du fer, les plus lourd donnant un rendement négatif en énergie et d'où un apport d'énergie car la masse de noyau formée est plus grand que celle du départ
Les phases de contractions provoquant également l'augmentation de la densité dans les régions centrales et des phénomène de matière quantique se manifestent quand la densité du gaz est élevées, les particules élémentaires sont composé d' énergie d'agitation dits quantique c'est un gaz d'électron dégénérée ce qui a pour effet de stopper la contraction gravitationnelle sans qu'il ait une réaction nucléaire
le destin ultime d'une étoile est commandé par l'importance relative des forces de gravitation et celles du à la pression des gaz dégénérées d'électron ou de neutrons
les étoiles dont la masse est inférieur à 1,4 la masse solaire deviennent une naine blanche
Les étoiles plus massives passent par une phase variabilité, perd leur enveloppes superficielles, deviennent des nébuleuses planétaires dont le noyau dégénérée très chaud a une allure de coque sphérique ajoutée qui nous apparaît d'une nébulosité annulaire
Seules les étoiles très peu nombreuses dont la masse dépasse 8à9 fois celle du soleil subissent toute les réaction de fusions et allant jusqu'aux noyau de fer ensuite il se manifeste en supernovae II l'énergie libéré par l'explosion permet de former des noyaux lourd que le fer qui sont injecté dans le milieu interstellaire
l'explosion de l'étoile laisse un résidu stellaire qui peut être selon sa masse une étoile à neutron ou un trou noir
Les Novae
les novae sont des étoiles dont l'éclat augmente brusquement de plusieurs magnitudes en quelques heures seulement
les observations suggèrent que toute les novae sont membres de systèmes binaires serrées, c'est à dire que la distance séparant les deux composants et de l'ordre du diamètre stellaire.
L'un des occupants est une naine blanche et le second étoile une géante rouge.
le phénomène de novae est le transfert de matière de l'étoile géante rouge vers l'étoile dégénérée en naine blanche.
Cette matière rentre en collision avec la surface de la naine blanche il s'observent lorsque la température augmente provoquant la réaction nucléaire
la matière âcreté par la naine blanche et riche en hydrogène et la réaction de fusions thermonucléaire accroît énormément la luminosité de l'étoile mais la quantité de matière limite le phénomène dans le temps
Les résidus de l'évolution stellaire
Naines blanches,étoiles à neutrons et trous noirs sont les trois formes de l'évolution ultime des étoiles
La première naines blanches découvertes a été le compagnon de Sirius l le spectre montre que sa température superficielle est la même que Sirius,le rapport des luminosités est égales au rapport de R au carré produit de T puissance quatre des deux étoiles
les deux températures sont égales, les deux rayons ont gales 100 fois plus petit que le soleil de même masse et une densité de 1 tonne par centimètre cube
les pulsars on été découvert fortuitement, ils sont caractérisé par leur émission très brèves de l'ordre de la milliseconde qui se produit avec une période très court d'une fraction de secondes et très régulière on le définie dans les étoile à neutron seul un petit rayon permet de tourner si vite si non elle se disloque
Une étoile à neutrons a une densité de dix puissance 19 kg par mètre cube ceci est similaire à celle qui règne dans le noyau de l'atome
Si la masse du résidu stellaire est trop élevée 2 -3 fois la masse du soleil la pression du gaz dégénéré de neutrons ne suffise a composer l'effet de gravitation l'étoile se contracte et se termine en trou noir qui est observé par son influence gravitationnelle
Par effet quantique néanmoins l'effet tunnel, le trou noir s'évapore, donc le trou noir perd de la masse et il en perd plus rapidement si il y a peu de quantité de matière dans le trou noir provoquant un rayonnement plus intense pour terminer par une bouffée de rayonnement énergétique, donc le trou noir peut disparaître.
le système solaire s'est donc formé il y a 4,6 milliard d'années a partir d'un gaz interstellaire qui ont été déjà enrichie d'élément lourd pour des génération préalable d'étoile massive