Qu'est-ce qu'une étoile ?

Qu'est-ce qu'une étoile ?

Une étoile est une gigantesque boule de gaz, surtout de l'hydrogène et de l'hélium, maintenue par sa propre gravité. La gravité comprime le gaz vers l'intérieur, et le centre devient si chaud et si dense que les atomes commencent à fusionner.

Cette union s'appelle la fusion nucléaire : quatre noyaux d'hydrogène se combinent, étape par étape, en un noyau d'hélium. Une infime quantité de masse disparaît au passage et se transforme en beaucoup d'énergie, comme le décrit la formule E = mc² d'Einstein.

Cette énergie pousse vers l'extérieur et compense l'attraction de la gravité. Tant que l'étoile a du combustible, ces deux forces restent en équilibre, et l'étoile brille pendant des millions ou des milliards d'années.

Le Soleil, une étoile typique

Le Soleil est la seule étoile que nous pouvons étudier de près, et il se révèle plutôt moyen. C'est une étoile jaune-blanc de la séquence principale, de type G, âgée d'environ 4,6 milliards d'années et à peu près à mi-chemin de sa vie stable.

Son cœur atteint environ 15 millions de degrés, tandis que sa surface visible avoisine 5 500 °C. Chaque seconde, il convertit environ 4 millions de tonnes de matière en énergie.

Beaucoup d'étoiles sont bien plus petites et plus faibles que le Soleil, et quelques-unes sont bien plus grandes. En fait, la plupart des étoiles de notre galaxie sont des naines rouges, trop faibles pour être vues sans télescope.

Couleurs et températures

Regardez attentivement le ciel nocturne : les étoiles ne sont pas toutes blanches. Certaines sont bleutées, d'autres jaunes, orangées ou rouges. La couleur est un thermomètre : les objets plus chauds brillent plus bleu, les plus froids plus rouge, comme un morceau de métal chauffé.

Les astronomes classent les étoiles en types spectraux désignés par les lettres O, B, A, F, G, K et M, de la plus chaude à la plus froide. Les étoiles O sont bleues et peuvent dépasser 28 000 °C (environ 30 000 K ou plus). Les étoiles M sont rouges et se situent vers 2 200 à 3 300 °C. Le Soleil, une étoile G, se trouve au milieu.

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Éclat et distance

Une étoile qui paraît brillante peut être réellement puissante, ou simplement proche. Les astronomes distinguent ces deux cas avec deux notions. La magnitude apparente est l'éclat d'une étoile vue depuis la Terre. La magnitude absolue est l'éclat qu'elle aurait vue d'une distance standard d'environ 32,6 années-lumière.

L'échelle des magnitudes fonctionne à l'envers : plus le nombre est petit, plus l'étoile est brillante. Un écart de 5 magnitudes correspond à un facteur 100 en luminosité. Les étoiles les plus faibles visibles depuis un site sombre sont vers la magnitude 6, tandis que Sirius brille à −1,46.

Les distances sont si grandes que les kilomètres deviennent peu pratiques. Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, environ 9 460 milliards de km. Quand vous regardez une étoile située à 500 années-lumière, vous voyez une lumière partie il y a 500 ans.

Comment les étoiles vivent et meurent

Les étoiles naissent dans les nébuleuses, des nuages froids de gaz et de poussière. Un amas dense s'effondre sous l'effet de la gravité, s'échauffe et allume la fusion. La jeune étoile s'installe alors sur la séquence principale, la longue phase calme où elle fusionne de l'hydrogène. C'est là que se trouve le Soleil aujourd'hui.

Quand une étoile comme le Soleil vient à manquer d'hydrogène dans son cœur, ses couches externes gonflent et se refroidissent : elle devient une géante rouge. Plus tard, elle expulse doucement ces couches dans l'espace sous forme d'une coquille lumineuse appelée nébuleuse planétaire. Il reste une naine blanche : un cœur chaud de la taille de la Terre qui se refroidit lentement pendant des milliards d'années.

Les étoiles nées avec plus d'environ huit fois la masse du Soleil vivent vite et meurent violemment. Après avoir fusionné des éléments de plus en plus lourds, leur cœur s'effondre en une fraction de seconde et l'étoile vole en éclats dans une supernova. Le cœur restant devient une étoile à neutrons, une boule de la taille d'une ville plus dense qu'un noyau atomique, ou, pour les étoiles les plus lourdes, un trou noir.

Les supernovae dispersent dans l'espace des éléments comme l'oxygène, le calcium et le fer. Ces atomes finissent plus tard dans de nouvelles étoiles, des planètes et des êtres humains.

Pourquoi les étoiles scintillent-elles ?

Les étoiles elles-mêmes ne clignotent pas. Le scintillement vient de l'atmosphère terrestre, où des poches d'air chaud et froid dévient la lumière des étoiles un peu différemment d'un instant à l'autre.

Comme les étoiles sont très lointaines, elles apparaissent comme des points minuscules : ces petites déviations les font danser et changer de couleur. Les planètes, elles, apparaissent comme de petits disques, et l'effet se moyenne, ce qui explique qu'elles brillent en général plus calmement. Le scintillement est le plus fort près de l'horizon, où la lumière traverse plus d'air.

Quelques étoiles remarquables à repérer

Sirius, dans le Grand Chien, est l'étoile la plus brillante du ciel nocturne. Cherchez-la en bas à gauche de la ceinture d'Orion les soirs d'hiver. Elle se trouve à environ 8,6 années-lumière.

Bételgeuse marque l'épaule d'Orion et brille d'un rouge orangé bien net. C'est une supergéante rouge, une étoile massive en fin de vie, à environ 550 années-lumière, qui devrait exploser en supernova d'ici 100 000 ans environ.

Véga, dans la Lyre, est une étoile blanc-bleu éclatante, haut dans le ciel les soirs d'été dans l'hémisphère Nord, à environ 25 années-lumière.

Polaris, l'étoile Polaire, n'est pas particulièrement brillante, mais elle reste presque immobile au-dessus du pôle Nord tandis que le ciel tourne autour d'elle. Pour la trouver, prolongez la ligne des deux étoiles du bout de la casserole de la Grande Ourse. Elle est à environ 430 années-lumière.