1. Âge du Soleil
2. Structure interne des étoiles
3. Diagrammes de Hertzsprung-Russell
4. Évolution stellaire

Âge du Soleil

Soleil

• Masse : 1,99 \(\times\) 10³⁰ kg
• Luminosité : 3,83 \(\times\) 10²⁶ J/s

Un des plus gros burger du monde

Beer Barrel Belly Buster (Denny’s Beer Barrel Pub)

156 000 000 J (1,56 × 10⁸ J)

Little Boy et Fat Man

67 TJ et 100 TJ (10¹⁴ J)

Impact du Chicxulub

10²⁵ J

Combien de temps le Soleil pourra-t-il générer autant d’énergie?

Isaac Newton

(1642 — 1727)

Lord Kelvin et von Helmholtz

1860

Arthur Stanley Eddington

(1882 - 1944)

Structure interne des étoiles

Composition

• Sphère de gaz ionisé (plasma)
• Surtout hydrogène et hélium
• Jusqu’à des millions de fois plus massive que la Terre

Équilibre hydrostatique

• Équilibre entre l’attraction gravitationnelle et gradient de pression interne

Énergie nucléaire

Fusion grâce à la pression et la température très élevées

Fusion nucléaire

4 H \(\rightarrow\) He + énergie + …

6,17 \(\times\) 10¹⁴ J / kg

Fusion nucléaire

• 2 \(\times\) 10³⁰ kg d’hydrogène dans le bébé Soleil
• 10% (soit 2 \(\times\) 10²⁹ kg) peuvent être utilisé

Nucléosynthèse stellaire

• Plus une étoile est grosse, plus des éléments lourds peuvent être créés
• H, He, O, C, Ne, N, Mg, Si, Fe
• Les éléments qui nous composent ont été formés dans le coeur des étoiles
• Éléments plus massifs : produits lors de supernova

Équilibre stellaire

Plus de réactions nucléaires

\(\rightarrow\) plus de pression vers l’extérieur

\(\rightarrow\) augmentation du volume de l’étoile

\(\rightarrow\) diminution de la densité

\(\rightarrow\) moins de réactions nucléaires

\(\rightarrow\) contraction gravitationnelle

Structure interne

Zone radiative

• Énergie produite dans le noyau
• Noyau à une température de 15 millions K
• Transport d’énergie vers la surface par radiation
• 200 000 ans pour qu’un photon atteigne la zone convective

Zone convective

• 28% du rayon
• Mouvements macroscopique de matière

Diagramme de Hertzsprung-Russell

Le corps noir

Corps noir

• Sorte de céramique qui était utilisée autrefois pour faire des pots de cuisson
• Modèle idéal d’un objet chauffé qui émet du rayonnement électromagnétique
• L’explication du rayonnement du corps noir a été l’un des piliers du développement de la mécanique quantique

Spectre du corps noir

Spectre du corps noir

• Plus un objet est chaud, plus il est bleu
• Plus un objet est froid, plus il est rouge
• Plus un objet est chaud, plus il émet de rayonnement
• Plus un objet est froid, moins il émet de rayonnement

Luminosité du corps noir

\(L = 4 \pi R^2 \sigma T^4_\mathrm{eff}\)

Les étoiles comme des corps noirs

• Les étoiles ne sont pas des corps noirs…
• … mais presque
• On peut utiliser l’équation précédente pour déterminer la température effective d’une étoile

Classification des étoiles

• On classe les étoiles dans un diagramme de la luminosité en fonction de la température effective
• C’est un diagramme de Hertzsprung-Russell

Lien entre le type spectral et la masse sur la séquence principale

Évolution stellaire

Matière interstellaire

• Nuages de gaz et poussière : nébuleuses
• Nébuleuses denses avec molécules : nuage moléculaire

Naissance

• Effondrement des nuages moléculaire
• Causé par supernova, radiation, etc?
• Effondrement gravitationnel génère beaucoup d’énergie
• La température au centre de l’étoile augmente et la fusion nucléaire s’amorce

Vie adulte

• Séquence principale (10 Ga)
  • Fusion d’hydrogène dans le cœur
  • Augmentation d’He dans le cœur

Vieillesse

• Phase géante rouge (1 Ga)
  • Accumulation d’He dans le cœur cause contraction
  • Augmentation de la température du cœur
  • Étoile gonfle
  • Fusion d’hydrogène en périphérie du cœur
  • Luminosité augmente d’un facteur ~100

Vieillesse

• Branche-horizontale (100 Ma)
  • Fusion de l’hélium dans le cœur
  • Fusion de l’hydrogène en périphérie
  • Accumulation de carbone dans le cœur

Vieillesse

• Phase supergéante rouge (1 Ma)
  • Luminosité 10 000 fois plus grande que le Soleil
  • Fusion de l’hélium en périphérie du cœur
  • Fusion de l’hydrogène en périphérie de la zone de fusion d’hélium
  • Accumulation de carbone dans le cœur

Mort

• Nébuleuse planétaire
  • Fin de la fusion dans le cœur
  • Cœur se contracte
  • Couches externes de l’étoile expulsées par les zones de fusion périphériques

Naine blanche

• Cadavre d’une étoile dont la masse initiale est inférieure à 8 \(M_\odot\)
• Grosse comme la Terre
• Masse : entre 0.5 et 1.4 masse solaire
• Gravité de surface : 350 000 fois plus élevée que sur Terre

NGC 2818

NGC 2440

Nébuleuse de l’Œil de chat

Nébuleuse du Sablier

Résumé