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Cet ordre de couleur peut sembler étrange: on associe souvent le rouge au chaud et le bleu au froid. Mais souvenez-vous du forgeron qui, autrefois dans les campagnes, chauffait le fer au blanc. Le fer chauffé change de couleur à mesure que sa température s'élève: il rougit d'abord, vire au jaune ensuite et finit au blanc. Si on le chauffait davantage, il deviendrait bleuté.
On classifie les étoiles selon leur température de surface. On assigne une lettre à chaque intervalle de température:
| Type spectral | Température de surface (K) | Couleur |
|---|---|---|
| O | 25 000 et plus | violet |
| B | 11 000 à 25 000 | bleu |
| A | 7 500 à 11 000 | bleu |
| F | 6 000 à 7 500 | bleu/blanc |
| G | 5 000 à 6 000 | jaune/blanc |
| K | 3 500 à 5 000 | orange |
| L | 3 500 et moins | rouge |
Chaque intervalle est de plus divisé en dix sous-types: de 0 à 9 en ordre décroissant de température. Ainsi, la surface d’une étoile A0 est plus chaude que celle d'une étoile A1 mais plus froide que celle d'une étoile B9. (Dans un ordre croissant de température : M9, M8, M7...M0, K9...K0, G9...G0, F9...F0, A9...A0, B9...B0, O9...O0.)
Le Soleil est une étoile de type G2.
Pour mémoriser l'ordre des types spectraux (OBAFGKM), les anglophones utilisent la phrase « Oh, Be A Fine Girl, Kiss Me! ». En français, on pourrait dire : « Observez bien au firmament: grandiose kaléidoscope multicolore ! »
Au début du XXe siècle, Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell étudièrent la relation entre la luminosité et la température de surface des étoiles. Ils arrivèrent indépendamment à la conclusion que la majorité des étoiles se trouvent dans une région précise d’un graphique luminosité-température. On désigne maintenant un tel graphique « diagramme de Hertzsprung-Russell » (ou plus simplement « diagramme HR »).
En effet, 80% des étoiles se situent sur une bande diagonale du graphique. On appelle cette bande « séquence principale ». Elle démontre une relation de proportionnalité entre la température et la luminosité. La plupart des étoiles s'y retrouvent puisqu’elles y passent la plus grande partie de leur vie.
Les étoiles situées en dehors de la séquence principale sont soit au début ou à la fin de leur vie. Ce sont, sauf pour les naines blanches, des phases transitoires de plus ou moins courte durée. Ainsi, une étoile se déplace sur le diagramme. À la fin de sa vie, elle quitte la séquence principale et devient une géante puis une naine blanche (voir vie et mort des étoiles).
Une balade dans le monde des étoiles nous en fait voir de toutes les grandeurs et de toutes les couleurs. On peut classifier les objets rencontrés en différentes catégories: naines brunes, naines rouges, naines jaunes, géantes rouges, géantes bleues, supergéantes rouges, naines blanches, naines brunes, étoiles à neutrons et trous noirs. Si la plupart des astres se placent facilement dans l'une ou l'autre de ces catégories, il faut garder en tête qu'il ne s'agit que de phases temporaires. Au cour de sa vie, une étoile change de forme et de couleur, sautant d'une catégorie à l'autre.
Les naines brunes ne sont pas des étoiles. Leur masse est située entre celles des petites étoiles et des grosses planètes. En effet, il faut 0,08 masses solaires (0,08 fois la masse du Soleil) pour qu'une proto-étoile amorce des réactions thermonucléaires et devienne une véritable étoile. Les naines brunes ne sont pas suffisamment massives. Elles n'ont qu'un début de formation un peu lumineux, brillant par contraction gravitationnelle.
Les naines rouges sont... de petites étoiles rouges ! Il s'agit en fait des plus petites étoiles dignes de ce nom. (Les astres plus petits comme les naines blanches, les étoiles à neutrons et les naines brunes ne consomment pas de carburant nucléaire.) La masse des naines rouges est comprise entre 0,08 et 0,8 masses solaires. Une température de surface entre 2 500 et 5 000 K leur confère une couleur rouge. Ces étoiles brûlent lentement leur carburant et vivent très longtemps. Elles sont les plus abondantes: au moins 80% des étoiles de la Voie Lactée sont des naines rouges. La plus proche voisine du Soleil, Proxima du Centaure, en est une.
Les naines jaunes sont en fait des étoiles de taille moyenne. (Les astronomes ne classent les étoiles qu'en naines ou en géantes.) Elles ont une température de surface d’environ 6 000°C et brillent d’un jaune vif, presque blanc. À la fin de sa vie, une naine jaune devient une géante rouge puis une naine blanche.
Le Soleil est une naine jaune typique.
La phase géante rouge annonce la fin. Une étoile atteint ce stade lorsque son coeur a épuisé son principal carburant, l'hydrogène.
Des réactions de fusion de l'hélium se déclenchent alors. Tandis que le centre de l'étoile se contracte, ses couches externes gonflent, refroidissent et rougissent.
Transformé en carbone et en oxygène, l'hélium s'épuise à son tour et l'étoile meurt. L'astre se débarrasse de ses couches externes et son centre se contracte pour devenir une naine blanche.
Sur le diagramme HR, le coin supérieur gauche est occupé par des étoiles très chaudes et brillantes: des géantes bleues. Ces étoiles sont au moins dix fois plus grosses que le Soleil. Très massives, elles consomment rapidement leur hydrogène.
Lorsqu’elle ne contient plus d'hydrogène dans son cœur, une géante bleue y fusionne de l'hélium. Ses couchent externes enflent et sa température de surface baisse de plus en plus. Elle devient alors une supergéante rouge.
L'étoile fabrique ensuite des éléments de plus en plus lourds: fer, nickel, chrome, cobalt, titane... À ce stade, les réactions de fusion s'arrêtent et l'étoile devient instable. Elle explose en une supernova et meurt. L'explosion laisse derrière elle un étrange cœur de matière qui demeurera intact. Ce cadavre est, selon sa masse, une étoile à neutrons ou un trou noir.
Les naines blanches sont les cœurs super chauds des étoiles mortes qui ont expulsé leurs couches externes. Elles ont à peu près la taille de la Terre. Ce sont donc de véritables « naines ». Elles sont blanches car elles ont une température de surface extrêmement élevée. Ces étoile sont mortes: il n'y a plus de réactions nucléaires en leur cœur.
Les naines blanches sont des objets « dégénérés ». Les scientifiques utilisent ce terme pour décrire un état particulier de la matière. La matière est dans un état dégénéré lorsque les atomes sont plus serrés les uns contre les autres que dans la matière ordinaire. La densité d’une naine blanche est donc énorme. Une cuillère à thé de matière d'une telle étoile aurait, sur Terre, le poids d'un éléphant. Cette densité extrême force les électrons à se repousser énergiquement. Il se crée ainsi une pression qui contrebalance la gravité. La naine blanche est donc en équilibre malgré l’absence de fusion nucléaire en son cœur. La pression des électrons peut supporter une masse de 1,4 fois celle du Soleil. Si une naine blanche devient plus massive (en aspirant la matière d’une autre étoile), elle explose en supernova et est complètement détruite.
Comme un élément de cuisinière qu'on éteint, les naines blanches se refroidissent lentement. Elles perdent peu à peu leur éclat et deviennent invisibles au bout d'une dizaine de milliards d'années. Ainsi, toute naine blanche se transforme en naine noire.
L'Univers, vieux de 13,7 milliards d’années, est encore trop jeune pour avoir produit des naines noires.
Après sa mort, le Soleil deviendra une naine blanche puis une naine noire. Ce sort l'attend dans environ 15 milliards d’années.
Les étoiles à neutrons sont toutes petites mais très massives. Elles ont la masse d'une étoile comme le Soleil confinée dans un rayon d'environ 10 km (la taille d’une ville). Ce sont les cadavres des étoiles très massives.
Lorsqu'une supergéante rouge s'effondre sur elle-même, il se produit une impressionnante explosion appelée supernova. L'explosion disperse d'énormes quantités de matière dans l'espace mais épargne le coeur de l'étoile. Ce cœur rétrécit et se transforme en une boule de neutrons: une étoile à neutrons.
Parfois, le cœur de l’étoile morte est trop massif pour devenir une étoile à neutrons. Il rétrécit alors sans cesse et disparaît complètement. L'objet qui en résulte, un trou noir, possède toujours une masse mais n'a plus de volume.Diagramme de Hertzsprung-Russell
Le zoo stellaire
Naines brunes : des étoiles ratées
Naines rouges
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Géante rouge
Géantes bleues et supergéantes rouges
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Étoiles à neutrons et trous noirs