Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les étoiles

Les étoiles sont d’immenses corps célestes composés principalement d’hydrogène et d’hélium, la lumière et la chaleur qu’elles produisent proviennent des réactions nucléaires qui se déroulent en son centre. Exception faite de notre soleil, les points lumineux révélés par la nuit dans le ciel sont tous situés à des années-lumière de la Terre. Ils sont la pierre angulaire des galaxies et l’univers en compte des milliards. Il est impossible de connaître le nombre exact d’étoiles, mais les astronomes estiment qu’il y en aurait environ 300 milliards dans notre galaxie, la Voie lactée.

UNE ÉTOILE EST NÉE

Le cycle de vie d’une étoile s’étend sur des milliards d’années. En règle générale, plus l’étoile est massive, plus sa vie est courte.

Elles naissent des nuages de poussière interstellaire riches en hydrogène appelés nébuleuses. Au bout de milliers d’années, des poches de matière dense contenues dans la nébuleuse s’effondrent sous leur propre poids en raison de la gravité. L’une de ces masses de gaz comprimées, appelée protoétoile, constitue les balbutiements d’une étoile. 

À mesure que la taille de la protoétoile se réduit, sa rotation s’accélère en vertu de la conservation du moment angulaire. C’est ce même principe qui provoque l’accélération de la rotation d’un patineur sur glace lorsqu’il replie ses bras. La pression grandissante entraîne l’augmentation des températures et à ce moment, l’étoile entre dans une phase relativement courte connue sous le nom de phase T Tauri.

Des millions d’années plus tard, alors que la température du cœur de l’étoile atteint 15 millions de degrés Celsius, la fusion nucléaire commence et embrase le cœur, ouvrant la voie à la prochaine et plus longue phase de la vie d’une étoile : sa séquence principale.

La plupart des étoiles de notre galaxie entrent dans la catégorie des étoiles de la séquence principale, notamment le soleil. Elles se trouvent dans un état stable de fusion nucléaire au cours de laquelle l’hydrogène est transformé en hélium et un rayonnement thermique est émis, les fameux rayons X. Ce processus émet une quantité incroyable d'énergie et procure à l'étoile chaleur et brillance.

TOUT CE QUI BRILLE

Certaines étoiles brillent plus que d’autres. Cette brillance dépend de l’énergie dégagée par l’étoile, sa luminosité, et de la distance qui la sépare de la Terre. Les étoiles se déclinent également en plusieurs couleurs en raisons de leurs températures variées. Les étoiles les plus chaudes sont de couleur blanche ou bleue alors que celles plus froides arborent des teintes rouges ou orangées.

La représentation de ces données et d’autres variables sur un graphique appelé diagramme de Hertzsprung-Russell permet aux astronomes de classer les étoiles selon différentes catégories. En plus des étoiles de la séquence principale et des naines blanches, il existe d’autres groupes comme les naines, les géantes et les supergéantes. Le rayon des supergéantes peut atteindre jusqu'à 1 000 fois celui de notre Soleil.

La séquence principale occupe 90 % du cycle de vie d’une étoile. Aujourd'hui âgé de 4,6 millions d’années, notre Soleil est une naine jaune de taille moyenne. Les astronomes estiment qu’il restera dans sa séquence principale pour encore plusieurs milliards d’années.

À l’approche de la fin du cycle, l’hydrogène des étoiles a en grande partie été transformé en hélium. L’hélium s’enfonce alors vers le cœur de l’étoile et accroît sa température, ce qui provoque l’expansion de sa couronne de gaz chauds. Ces immenses étoiles au rayon grandissant sont appelées géantes rouges. Il existe toutefois différentes fins possibles pour la vie d’une étoile.

La géante rouge est en fait une phase préliminaire avant que l’étoile ne commence à perdre ses couches extérieures et ne se transforme en un corps céleste plus petit et très dense appelé naine blanche. Les naines blanches refroidissent pendant plusieurs milliards d’années. Parfois, lorsqu'elles font partie d’un système stellaire binaire, elles peuvent recueillir la matière en excès de leur binôme jusqu'à explosion de leur surface, donnant naissance à une nova, un astre extrêmement brillant. Les naines blanches finissent toutes par s’éteindre et cessent leur production d’énergie. À ce stade, qui n’a toujours pas été observé par les scientifiques, elles deviennent des naines noires.

BOUQUET FINAL

L’évolution des étoiles massives emprunte un autre chemin, elles terminent leur vie en apothéose dans une explosion en supernova. Même si de l’extérieur elles peuvent prendre l’apparence d’une naine rouge qui enfle, leur cœur subit en fait une phase de contraction jusqu'à devenir si dense qu’il s’effondre et provoque l’implosion de l’étoile. Ce cataclysme laisse derrière lui un cœur de petite taille susceptible de se transformer en étoile à neutrons voire même, si les rémanents sont suffisamment massifs, en un trou noir.

En raison du caractère prévisible du scénario de destruction et de luminosité des supernovas, les astronomes sont en mesure de les utiliser comme « chandelles standards », des outils de mesure astronomique, qui les aident à évaluer les distances dans l’univers et à calculer la vitesse d’expansion de celui-ci.

LA TÊTE DANS LES ÉTOILES

En fonction de votre localisation et de la couverture nuageuse, le ciel peut être constellé d’étoiles ou en être complètement dépourvu. Dans les villes et autres régions denses en population, la pollution lumineuse rend presque impossible l’observation des étoiles. A contrario, la nuit qui enveloppe certaines contrées du monde est si noire qu’elle révèle toute une palette de corps célestes à ceux qui font le choix de lever les yeux.

Les cultures anciennes scrutaient le ciel pour toutes sortes de raisons. L’identification des différentes configurations stellaires, appelées constellations, et le suivi de leurs mouvements permettaient aux agriculteurs de suivre les saisons et aux marins de planifier leur trajectoire. Il existe des dizaines de constellations. Certaines portent le nom de personnages mythiques comme Cassiopée ou le chasseur Orion. D'autres empruntent celui d’un animal auquel elles ressemblent, comme Ursa Minor (la Petite ourse) et Canus Major (le Grand chien).

Aujourd'hui, les astronomes utilisent les constellations comme repère pour nommer les nouvelles étoiles découvertes. Elles sont toujours utilisées comme instrument de navigation. Dans l’hémisphère sud par exemple, la fameuse constellation de la Croix du Sud est utilisée comme point d’orientation. Alors que dans l’hémisphère nord, les voyageurs se fient à Polaris, l’étoile Polaire, qui appartient à la constellation Ursa Minor, contenant elle-même l’astérisme connu sous le nom de petite casserole.

Cet article a initialement paru sur le site nationalgeographic.com en langue anglaise.