En levant les yeux vers le firmament nocturne, lorsqu'aucun nuage ne le voile, nous nous exclamons à la vue de ces petits points lumineux que nous appelons les étoiles. Ces étoiles nous offrent un spectacle encore plus merveilleux par l'oeil d'un puissant télescope. De si loin, elles nous semblent magiques...
Mais d'où viennent ces étoiles ? Leur luminosité ? Comment se déroule la vie d'une étoile? Voilà quelques questions auxquelles nous tenterons de répondre afin d'élucider le mystère entourant ces corps qui peuplent notre ciel toutes les nuits.
Tout d'abord, prenons ce nuage de poussière interstellaire, isolé de toute action pouvant provenir d'ailleurs. Une seule force agira sur les particules de ce nuage formées d'une matière froide et sans mouvement trop apparent : c'est l'attraction mutuelle entre ses particules, la même que celle de la terre sur les objets. On reconnaît cette force sous le nom de gravitation. L'attraction gravitationnelle déterminera la formation des étoiles et deviendra un facteur décisif de leur évolution.
Les particules d'un nuage de gaz sont toujours en mouvement. Ce mouvement devient, par le fait même, une forme d'énergie appelée énergie interne du nuage. Celle-ci tend au dispersement du nuage. L'attraction gravitationnelle, citée plus tôt, veut faire le contraire en réunissant les particules pour ainsi concentrer le nuage.
Selon le critère de Jeans,"...pour que le nuage se condense jusqu'à former une étoile, il faut que l'énergie interne soit inférieure à celle qui est nécessaire à sa dispersion."(2) En suivant cette condition, le nuage de gaz et de poussière se contractera indéfiniment.
La condensation du nuage comporte différentes phases, toujours selon le critère de Jeans. Dans certaines conditions de température, le nuage doit avoir une masse totale de mille fois supérieure à celle du Soleil pour qu'il y ait condensation. Très peu de nuages ont cette masse et encore moins les étoiles qui exploseraient immédiatement après leur formation. "Il existe des mécanismes extérieurs au nuage qui le compriment et augmentent sa densité."(2) Alors, il se contracte par sa propre gravitation sans aucune autre force. Résultat: la matière se concentre plus vers le centre du nuage où ça devient opaque et où tout commence à se réchauffer. Un noyau dense et presque stable fait son apparition et devient le "nouveau-né" ou, plus scientifiquement parlant, la proto-étoile. De la matière continue de tomber sur cet embryon et, par le fait même, augmente la température. C'est alors que la radiation émise par l'étoile apparaît dans le processus de la formation. Celle-ci est faible lorsqu'elle arrive à nous et cela est dû au fait qu'on ne la reçoit pas directement et qu'avant d'être aperçue par nos yeux, elle a été absorbée. Le noyau apparaît donc comme une étoile rougeâtre d'un grand diamètre. Une étape de sa vie est alors franchie: sa naissance. (2)
Si on prend une grande masse de gaz soumise seulement à l'attraction gravitationnelle que produisent les particules de ce nuage entre elles, cette masse voudra s'affaisser, c'est-à-dire qu'elle se contractera. Les particules, en tombant vers la partie centrale, atteignent une vitesse de plus en plus grande et au même moment, les particules se heurtent aux autres et ainsi augmentent la vitesse dans toutes les directions. La température et la pression du gaz augmentent: "l'énergie potentielle gravitationnelle s'est transformée en énergie interne de l'étoile."(2)
En passant par la démarche plutôt... scientifique : "...si l'on calcule le rapport entre l'énergie gravitationnelle dépensée dans le processus de contraction et l'accroissement d'énergie interne correspondant au réchauffement de l'intérieur de l'étoile, on observe que la seconde de ces énergies énoncées n'est que la moitié de la première. L'autre moitié de l'énergie gravitationnelle a dû s'échapper de l'étoile et être émise dans l'espace extérieure."(2) Voilà une première explication au phénomène de luminosité d'une étoile.
La lumière que nous observons d'un oeil rapide nous semble à peu près blanche. Enfants, nous étions émerveillés par les couleurs de l'arc-en-ciel qui frappaient sur un éclat de verre. C'est d'ailleurs par un même principe d'optique qu'on a pu dire que toutes les couleurs sont présentes dans la lumière des étoiles. Maintenant, il est certain que les dispositifs d'optique utilisés afin de décomposer la lumière sont modernes, mais fonctionnent de la même manière : on regarde la lumière diffractée par le passage à travers la matière d'un disque compact. On remarque alors la lumière en arc-en-ciel, en fines structures parallèles.
Lors d'une observation, il n'est pas rare qu'une longueur d'onde, ou si vous préférez, une couleur, n'apparaisse pas dans le spectre. Ce sera alors une raie noire au même endroit. L'apparition de ces raies noires peut être la cause de la présence d'un gaz ou de la matière entre la source lumineuse et l'observateur. On a dénommé ces raies, raies d'absorption. Celles-ci permettent entre autres, d'obtenir des renseignements sur les éléments composés chimiques existant dans l'étoile. (4)
On a pu grouper les étoiles en fonction des raies d'absorption observées en quatre catégories (Sechi 1868):
Bien sûr, cette classification a été perfectionnée et détaillée au cours des années.
Les étoiles qui n'auront pas une température de 10 000 000 degrés Celsius dans leurs zones centrales vont continuer de se contracter et de se réchauffer pour atteindre ces températures. Ces millions de degrés sont nécessaires afin d'amorcer la combustion de l'hydrogène. Cette étape est liée au fait que la seule source d'énergie de l'étoile est gravitationnelle.
Lorsque s'amorce la combustion de l'hydrogène, chaque étoile possède une luminosité à peu près proportionnelle au cube de sa masse. Le temps que dure cette combustion dans le noyau représente la phase la plus longue de sa vie. "Dans le Soleil qui s'y trouve actuellement, elle durera au total quelque cinq milliards d'années !"(2) Durant cette phase, il nous semble qu'il n'y ait plus aucune évolution chez l'étoile.
Au moment où l'hydrogène présente dans la zone centrale du noyau s'épuise, les couches extérieures de l'étoile se dilatent et deviennent froides. Encore une nouvelle étape qui commence. Lorsque la masse est semblable à celle du Soleil, l'étoile se dilatera très vite, sa superficie deviendra très forte et la luminosité augmentera. C'est alors qu'elle se transforme en géante rouge.
Maintenant, la suite de l'histoire dépend de la masse de l'étoile et de certains processus physiques peu évolués. "Si une étoile a une masse inférieure à une fois et demie celle du Soleil (soit initialement ou suite à l'expulsion de ses couches), elle achèvera le cours de sa vie comme naine blanche."(2) Pour une étoile, devenir naine blanche est une façon de mourir. Elle va se refroidir lentement et disparaîtra en tant qu'objet lumineux. Bien plus spectaculaire pour les étoiles ayant une masse supérieure à celle du Soleil: "celles-ci éclatent en expulsant violemment une grande partie de leur masse et laisse un résidu très dense."(2)
La deuxième vie de l'étoile commence: ce résidu résultant de"l'explosion" se nomme étoile à neutrons. Ces étoiles ne sont pas facilement visibles, car elles sont minuscules et sombres. Leur explosion détermine une augmentation spectaculaire de leur luminosité suivie d'une diminution graduelle qui peut aller jusqu'à l'extinction complète. Ce phénomène porte le nom de supernova. D'ailleurs, les supernovas nous influencent, car presque tous les éléments indispensables à la vie tels que le carbone et l'oxygène se retrouvent dans les étoiles et sont dispersés dans l'espace par les supernovas !
Une fois les brumes de la supernova dissipées, il ne reste seulement qu'une sphère compacte de l'étoile initiale. L'étoile, durant sa première vie, tourne lentement sur elle-même. Au fur et à mesure qu'elle s'effondre, celle-ci tourne de plus en plus vite. On a découvert que probablement les étoiles à neutrons seraient des pulsars, c'est-à-dire des objets rigides et compacts en rotation sur eux-mêmes. Aucun objet céleste n'est assez dense pour atteindre la grande vitesse de rotation des étoiles à neutrons.
Il est donc vrai de dire que même vingt-cinq ans après leur mort, les étoiles sont toujours bien vivantes...
Pour n'en citer que quelques-unes: la Grande Ourse, l'Orion, le Taureau, etc. Ces dernières sont dites fixes. Autres que les étoiles fixes, il existe quelques étoiles qui changent de place continuellement. Elles peuvent se déplacer comme bon leur semble.
Grâce aux observations effectuées, on affirme que les mouvements d'approche et d'éloignement des étoiles ainsi que les vitesses de ses mouvements vont de 15 à 30 km/s. Certaines d'entre elles peuvent même aller dix fois plus vite, selon leur grandeur. Évidemment, à nos yeux, ces déplacements sont extrêmement petits, car comme il est dit plus haut, leur position dans les constellations change très peu visiblement. Pour nous, il nous semble qu'elles sont fixes, mais cela est dû à l'énorme distance qui les sépare de la terre. Cette distance est exprimée en année-lumière: c'est la distance que la lumière parcourt en une année à la vitesse de 300 000 km/s !
Des instruments astronomiques très précis ont révélé des déplacements d'étoiles dans des intervalles de temps de dix à cinquante ans. Ils sont nommés mouvements propres. Une étoile visible à l'oeil nu, située à trois cents années-lumière, a un mouvement d'environ quatre secondes d'arc par siècle ! Ce minime mouvement par siècle amènerait une étoile à traverser le disque de la lune en 50 000 ans...
La Petite Ourse est connue depuis l'Antiquité par toutes les civilisations. L'étoile la plus connue dans cette constellation est l'étoile polaire. Dans l'hémisphère austral, c'est la plus brillante. Depuis, plusieurs peuples du monde entier se sont servis de cette étoile pour se guider afin de retrouver leur chemin. Elle est située à environ 350 années-lumière.
La Grande Ourse est une constellation qui compte sept étoiles principales. "Aussi étrange que cela puisse paraître, les Indiens d'Amérique ont reconnu dans ces étoiles, le visage d'une ourse; il semble pourtant bien difficile d'y apercevoir le moindre animal."(1) La plupart des étoiles formant la Grande Ourse ont été formées par la même nébuleuse. Alpha de la Grande Ourse est l'étoile la plus brillante de la constellation et a pour nom Dubhe. Sa luminosité est 145 fois celle du Soleil. On ne cesse de découvrir de nouvelles choses sur ces constellations et elles sont là encore pour une dizaine de milliers d'années.
Depuis que le monde est monde, les constellations ont été utiles pour la navigation, pour se guider ou encore pour prédire l'avenir...
Bien entendu, certains sujets concernant les étoiles n'ont pas été traités dans cette recherche. Les trous noirs, ce phénomène peu connu de certains, pourraient devenir le sujet d'une prochaine recherche.
En résumé, il restera toujours des découvertes à faire dans cet univers merveilleux renfermant encore de nombreux mystères...
SPECTRE: Résultat de la dispersion d'un ensemble de radiations. Le spectre est lié à sa capacité d'absorber ou d'émettre de l'énergie électromagnétique.
NAINE BLANCHE: Phase finale d'une étoile de faible masse.
CONSTELLATION: Étoiles brillantes qui forment dans le ciel, des dessins reconnaissables. Cela permet de retrouver rapidement une étoile.
NÉBULEUSE: Augmentation locale de la densité de matière interstellaire.
LAFFONT-GRAMMONT, Robert. Étoiles et galaxie, Édition Grammont,1995. (2)
CDROM:CD Sciences - Banque de textes scientifiques, SEMIRE, Daniel, Vidéo-presse Vol.18, no 3,Le Soleil, CEDROM-SNi, Version 3.11, Outremont, Janvier 1993. (3)
L'analyse spectrale et la combustion chimique des étoiles (4)
http://www-obs.univ-lyon1.fr/jouent/spectro.html
Recherche : Amélie Cormier, Centre Le Goéland, Sherbrooke, QC
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