Quelle taille peuvent atteindre les étoiles?

Ken Tapping, le 20 février 2018

Dans le ciel, cette semaine…

  • Jupiter luit bas au sud avant l’aube.
  • Mars trône sur sa gauche, juste au-dessus de l’étoile rouge Antarès, la « rivale d’Arès », la divinité grecque de la guerre.
  • Saturne est visible à basse altitude au sud-est.
  • La Lune passera à son premier quartier le 22 février.

Il existe des étoiles de toutes les tailles. La plus petite découverte à ce jour est 2MASS J0523-1403, qui fait à peine 125 000 km de diamètre, alors que le Soleil en fait 1,4 million. La plus grosse étoile « mature » de notre galaxie est l’étoile du Pistolet, dont le diamètre s’entend sur environ 400 millions de kilomètres. Elle doit son curieux nom au nuage en forme de revolver qui l’abrite. Il existe des objets stellaires de plus petite taille, comme des naines blanches, qui sont de taille comparable à la Terre, des étoiles à neutrons, qui sont de quelques kilomètres de diamètre, et des trous noirs, encore plus petits. Dans les trois cas, il s’agit des vestiges d’étoiles. Les plus grosses étoiles sont les géantes rouges et les supergéantes, telles que UY Scuti, qui a un diamètre de quelque 2,5 milliards de kilomètres. Les géantes rouges, facilement discernables à l’œil nu, comptent dans leurs rangs Bételgeuse, Aldébaran et Antarès.

Les étoiles se forment lorsque des nuages de gaz et de poussières cosmiques se contractent. L’accrétion de la matière autour de l’amas en formation fait grimper la température interne et la masse en expansion accroît la pression à l’intérieur du noyau. Si la quantité de matière accrétée est suffisante, la pression et la température finissent par déclencher la fusion nucléaire, qui donnera naissance à une étoile. Les amas les plus petits deviennent des planètes, vouées à se refroidir graduellement. Il y a cependant une taille maximale que peut atteindre une étoile, qui est déterminée par la « pression de rayonnement ou pression radiative ».

Lorsque vous attrapez une balle en mouvement, vous pouvez sentir la force qu’elle exerce sur votre paume au contact. Les ondes électromagnétiques, comme les ondes lumineuses et les ondes radio, se propagent en petites unités appelées « photons ». Lorsque l’un de ces photons entre en collision avec un objet, l’impact engendre une force momentanée. Si le bombardement est exercé par un flux continu de photons, une pression — dite radiative — est générée. La pression des photons solaires qui frappent la Terre est infime, mais elle peut toutefois être exploitée. Elle a en outre servi à propulser des sondes de recherche dotées d’immenses voilures. Le noyau d’une étoile produit des quantités colossales d’énergie lumineuse et infrarouge, qui engendre une pression radiative suffisamment forte pour menacer la structure de l’étoile. La stabilité d’une étoile repose sur l’équilibre entre trois forces : la force gravitationnelle, qui attire la matière vers l’intérieur, et la pression gazeuse et la pression radiative qui exercent une poussée vers l’extérieur.

Pour les étoiles naines comme le Soleil, cet équilibre n’est pas un problème, mais pour les étoiles plus massives, la production énergétique et, par conséquent, la pression radiative s’accroissent rapidement. Lorsque la masse d’une étoile double, sa production énergétique peut se multiplier par un facteur de seize. Avec 28 masses solaires, l’étoile du Pistolet produit un million de fois plus d’énergie que le Soleil. Plus la masse d’une étoile s’accroît, plus la pression radiative, qui pousse vers l’extérieur, s’accroît, et ce, plus rapidement que la force gravitationnelle, qui assure l’intégrité de l’étoile. À la fin, l’étoile se distend et ses couches extérieures sont soufflées dans l’espace. C’est ce point de rupture qui limite la taille des étoiles; les étoiles qui franchissent cette limite ne peuvent préserver leur intégrité.

Avec le temps, les déchets de la fusion s’accumulent dans le noyau de l’étoile. La production d’énergie se concentre alors dans une enveloppe entourant ces rebuts, comme un feu qui continue au-dessus des cendres brûlantes. L’énergie produite connaît alors une immense inflation. Plus la production s’accroît et plus elle est proche de la surface, plus la pression radiative grandit. Les couches externes finissent par être éjectées et l’étoile se comprime en une géante rouge. Les géantes rouges massives sont dans un état très précaire en raison de la pression interne comparable à un super vent solaire qui pousse la matière vers l’extérieur. À ce stade de leur existence, les étoiles dont la luminosité varie grandement perdent leur enveloppe, s’effondrent et explosent, surclassant brièvement en éclat la luminosité combinée des milliards d’étoiles de leur galaxie.

Ken Tapping est astronome à l'Observatoire fédéral de radioastrophysique du Conseil national de recherches du Canada.

Téléphone : 250-497-2300
Télécopieur : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

Date de modification :