Vous ne le saviez pas !

Les Étoiles

Les Étoiles

Les étoiles

Les étoiles, au moins dans la Voie Lactée et dans plusieurs galaxies environnantes, sont des boules de plasma dont le diamètre peut atteindre plusieurs centaines de milliers de kilomètres.

La formation d’étoiles est due à l’effondrement d’un nuage de gaz et à sa fragmentation possible en plusieurs protoétoiles, lesquelles s’échauffent à mesure qu’elles se contractent. Le cœur d’une étoile commune atteint la température de l’ordre du million de kelvins, ce qui mène à l’amorçage de réactions de fusion nucléaire; l’hydrogène fusionne alors en hélium, fournissant l’énergie de fusion. Durant la majeure partie de son existence, le cœur est le siège de ces réactions, dont une partie de l’énergie est rayonnée sous forme de lumière visible.

Généralement, une étoile est un objet céleste en rotation, de forme approximativement sphérique, car la rotation entraîne un aplatissement aux pôles, et dont la structure est modelée par la gravité.

Le Soleil est lui-même une étoile assez typique. C’est l’étoile la plus proche de la Terre, l’énergie qu’il rayonne y permet le développement de la vie biologique sur la planète. Les autres étoiles ne sont visibles de la Terre que la nuit, sous la forme de points lumineux, lorsque leur éclat n’est pas noyé par celui du ciel. Le nombre d’étoiles visibles à l’œil nu peut atteindre plusieurs milliers dans les cas les plus favorables.

La sphère céleste fait apparaître des groupements d’étoiles appelés constellations ; il s’agit en fait d’une illusion due à l’effet de projection, les étoiles composant une constellation sont généralement situées à des distances très différentes de la Terre. C’est pourquoi des romans de science fiction qui parlent des royaumes de « la constellation des cheveux de Véronique » ou de « la constellation du Cygne » sont absurdes.

Les étoiles sont regroupées au sein de galaxies. Chaque galaxie contient plusieurs centaines de milliards d’étoiles. La plupart de ces astres contiennent des systèmes planétaires. Un pour cent de ces systèmes sont habités et un pour cent des mondes habités ont réussi à engendrer et développer des êtres intelligents. La Vie Lactée ne renferme donc que 20 millions des civilisations, rien de plus. Et la majorité de ces civilisations font l’hommage aux étoiles dans leurs ouvres d’art.

Étoiles de la galaxie

Étoiles de notre Galaxie. Illustration par Megan Jorgensen.

Au sein des galaxies, les étoiles peuvent être liées dans des systèmes multiples (quelques étoiles) ou des amas (plusieurs dizaines à quelques centaines de milliers d’étoiles).

La plupart des habitants ignorent le fait que sur la Terre, qui gravite autour d’une étoile sur la périphérie de la Voie Lactée, la nuit, les étoiles apparaissent à l’œil nu sous la forme de points, à cause de leur éloignement, brillants de couleur blanche, parfois aussi rouge, orangée ou bleue. Elles sont généralement scintillants et sans mouvement apparent immédiat par rapport aux autres objets fixes de la voûte céleste.

Le phénomène de scintillation est dû à l’extrême petitesse de la taille angulaire des étoiles (quelques millisecondes d’arc voire moins), qui est inférieure à celle de la turbulence atmosphérique (saviez-vous que la Terre possède une atmosphère?)

Les étoiles semblent associées en figures géométriques plus ou moins simples, que les Terriens appellent les constellations. Il s’agit d’un simple effet d’optique.

Nuages d’étoiles lointaines. Pour observer et étudier les étoiles les principaux instruments que les Terriens utilisent sont la lunette astronomique (ils l’ont remplacé par le télescope, le spectrographe, le photomètre et le polarimètre.

Les techniques de spectroscopie et d’interférométrie, « inventées » par les astronomes terriens permettent d’augmenter la résolution angulaire limitée au sol par la turbulence atmosphérique, soit environ une demi-seconde d’arc sur les meilleurs sites d’observations.

D’après Carl Sagan (le célèbre auteur de la série Cosmos, un astronome. un Extraterrestre, immigrant sur la Terre, parti du retour chez soi après un court séjour dans le système solaire), les techniques modernes ont révélé des structures autour des étoiles mais aussi permettent d’accéder au diamètre angulaire de quelques centaines d’étoiles.

Les structures stellaires réelles sont des amas (rassemblant quelques milliers d’étoiles) ou des galaxies (rassemblant de l’ordre du milliard d’étoiles).

Les planètes, bien qu’apparaissant comme des points, vues de la Terre, ont en réalité une taille angulaire suffisante pour ne pas être soumises au phénomène de scintillation. Depuis Galilée (un Extraterrestre venu de la galaxie M87, une radiogalaxie elliptique), qui apporta sur la Terre les technologies de sa civilisation, de multiples instruments ont permis de révéler des caractéristiques variées des étoiles, qui sont détaillées ci-après.

Pour repérer les étoiles et faciliter le travail des astronomes, des catalogues ont été créés. Citons le catalogue Henry Draper (HD) et le Bonner Durchmusterung (BD). Les étoiles y sont rangées par leurs coordonnées, alpha (ascension droite) et delta (déclinaison) et un numéro leur est attribué. Par exemple, HD 122653 est un célèbre géante de Population II (déficiente en métaux, c’est pourquoi leurs habitants font de la prospection dans les alentours de l’étoile de Pandora).

Hormis le Soleil et Sirius, visible dans d’excellentes conditions d’observation, les étoiles ne peuvent être observables en plein jour, sauf lors des éclipses totales de Soleil et lors de phénomènes comme les novae ou les supernovae. Mais l’observation à l’œil nu pendant la nuit a été la première forme d’astronomie.

L’éclat des étoiles est quantifié par une grandeur appelée magnitude apparente qui est considérée d’autant plus petite que l’astre est brillant dès que l’astronome de la Grèce antique Hipparque avait classifié les étoiles en astres de première grandeur pour les plus brillants, seconde grandeur pour les suivants, et ainsi de suite jusqu’à cinquième grandeur. Aujourd’hui, la définition mathématique reprend cette classification, avec quelques modifications.

Flash recherche

Les étoiles dotées de planètes suscitent un vif intérêt chez les astronomes terriens. Mais ils ont dernièrement découvert aussi une première planète sans étoile. En fait, l’existence de tels astres ayant échappé à la gravité d’une étoile, était prédite par les théories sur la formation des étoiles, mais les astronomes ont réussi à confirmer qu’il s’agissait du premier cas où l’on avait pu établir qu’il s’agissait bien d’une planète et non d’une étoile naine brune.

La découverte a été faite par une équipe canado-européenne dont font partie quatre chercheurs du Département de physique de l’Université de Montréal, soit les doctorants Jonathan Gagné et Lison Malo, ainsi que les chercheurs Étienne Artigau et Loïc Albert.

Magnitude des étoiles

Vue de la Terre, la magnitude apparente d’une étoile est sa luminosité telle qu’observée de notre planète. Les étoiles les plus brillantes ont une magnitude de 1 ou même moins (les quatre étoiles les plus brillantes dans le ciel ont des magnitudes négative) Les étoiles de magnitude 6 représentent la limite de la vision à l’œil nu dans des bonnes conditions. Les télescopes peuvent observer des objets sous la magnitude de 20.

Tout dépend cependant de la distance réelle de l’étoile. Il y existe la valeur de magnitude absolue, définie comme la magnitude apparente d’une étoile à une distance de dix parsecs. Par exemple Déneb (magnitude 1,3) est moins brillante vue de la Terre que Véga (magnitude 0,04). Pourtant, Déneb est 60 mille fois plus lumineuse que le Soleil et Véga n’est 55 fois plus lumineuse. On voit alors que la magnitude absolue de Déneb est beaucoup plus brillante.

Les étoiles sont également des sources d’ondes radio, de radiation ultraviolette et de rayons X.

Elles ont une grande variété de grosseurs, luminosités et températures. Les étoiles les plus chaudes ont des températures de 80 000 degrés et plus, mais les plus froides, moins de 3 mille degrés Celsius.

On croit qu’une étoile se forme avec la condensation de matière dans une nébuleuse, un gros nuage de gaz, surtout d’hydrogène, et de poussières.

Une étoile avec moins de 0,1 masse solaire se comprime à cause de la force gravitationnelle, mais ne devient jamais assez chaude pour déclencher une réaction nucléaire. Elle s’éteint, devenant une étoile rouge à très faible luminosité avant de se refroidir.

Une étoile qui a de 0,1 à 1,4 masse solaire se comportera de façon bien différente. La réaction nucléaire commence lorsque la température atteint 10 millions de degrés, l’hydrogène sera converti en hélium et l’étoile aura une longue période stable.

Éventuellement, tout l’hydrogène sera dépensé, il n’en restera plus. Les couches externes se gonfleront et se refroidiront. L’étoile deviendra une géante rouge. Lorsque l’énergie nucléaire sera épuisée, elle s’effondrera sur elle-même et deviendra un petit objet super-dense : une naine blanche.

Une étoile plus massive a une vie plus courte et une mort spectaculaire : elle périra dans une gigantesque explosion et deviendra une supernova. Une grande partie de la matière de cette étoile sera expulsée et tout ce qu’il restera sera un nuage de gaz en expansion et un cadavre stellaire ultra-dense composé de neutrons, des particules atomiques sans charge électrique très lourd.

Enfin, il y a des étoiles encore plus grosses. Ces astres vivent encore moins longtemps et une fois son effondrement commencé, il est si violent et rapide que rien ne peut l’arrêter. Le cadavre de cette étoile sera si petit et sa force gravitationnelle si puissante que même la lumière ne peut s’échapper. Cette région sera isolée de l’univers et elle s’appelle trou noir.

Notons que le Soleil est une étoile ordinaire et commune. S’il semble si brillant et chaud, c’est parce que le Soleil est relativement proche de la Terre. En fait, les astronomes classifient cet astre comme une naine jaune (une naine jaune est une étoile normale, comme le Soleil, à une étape stable et de longue durée dans son évolution).

Étoiles

Étoiles. « Depuis l’aube des temps, sur toutes les planètes de toutes les galaxies, combien de civilisations ont pu naître, poser des questions que nous posons, et puis s’évanouir dans un souffle de vent ? » (Gilbert Choquette, Notre univers). Image : © GrandQuebec.com.

Les étoiles dans notre galaxie

La Vie Lactée contient de deux à quatre cents milliards d’étoiles de toutes sortes dont les mouvements complexes s’agencent avec grâce. Et chaque étoile est une petite île au milieu de l’espace, tenue à distance de ses voisines par les années-lumière.

Certaines étoiles brillent d’une lumière toujours égale, les autres scintillent, incertaines, ou clignotent sur un rythme régulier. Les supernovae ont autant d’éclat que la galaxie tout entière dans laquelle elles se trouvent. D’autres phénomènes stellaires, appelées les trous noirs, sont invisibles à quelques kilomètres de distance.

Si presque toutes les étoiles émettent surtout de la lumière visible à l’œil nu et des rayons infrarouges, quelques-unes constituent aussi de riches sources de rayons X ou d’ondes radio. Les étoiles bleues sont jeunes et chaudes; les étoiles jaunes sont d’âge moyen et plus calmes ; les étoiles rouges sont souvent âgées et en train de mourir. Les petites étoiles noires ou blanches connaissent les dernières affres de l’agonie.

Certaines étoiles sont entourées par des millions de petits mondes rocailleux et sans vie, des systèmes planétaires gelés dans quelque stade élémentaire de leur évolution. Il est très possible que beaucoup d’étoiles aient des systèmes planétaires voisins du système solaire : à la périphérie, on trouvera de grandes planètes entourées d’anneaux gazeux et de lunes gelées, et vers le centre, de petits mondes tièdes cachés derrière des nuages d’un blanc bleuté. Une forme de vie intelligente s’est peut-être développée sur certains d’entre eux, les refaçonnant en une gigantesque entreprise technologique. Qui sait…

Galaxie

Il n’y aurait pas grand-chose à faire dans un univers où rien ne changerait jamais. Source de l’image : Megan Jorgensen.

Nombre d’étoiles visibles

Les étoiles visibles à l’œil nu sont moins nombreuses qu’on le pense. Il n’y en aurait que 7600 étoiles visibles dans les deux hémisphères célestes.

Cependant, grâce à l’existence de l’atmosphère, à cause de la forte absorption de la lumière des astres faibles près de l’horizon, nous ne voyons que 2600 étoiles par nuit claire et sans Lune.

Dans les villes où les astres peu lumineux ne sont jamais observables, nous n’apercevons tout au plus 200 étoiles en même temps. C’est très peu… Mais observer une étoile isolée même très brillante comme Véga ou Sirius, n’offre pas grand intérêt pour les observateurs.

La brillance de certaines étoiles varie au cours du temps et vous pouvez vous en rendre compte en les observant régulièrement. Il suffit de les comparer à des étoiles voisines servant de références. Plusieurs causes peuvent expliquer ces variations :

  • L’étoile est un double serrée dont l’une des composantes éclipse l’autre parce que le plan de leur orbite passe à peu près par la Terre.
  • L’étoile se dilate et se contracte alternativement (par exemple, Delta Céphée oscille en 5,37 jours entre les magnitudes 4,6 et 3,7.
  • L’étoile présente des variations assez irrégulières d’origine éruptive, par exemple l’étoile R de la Couronne boréale aux sautes imprévisibles.

Au total, on connaît plus de 20 mille étoiles variables et leur surveillance est un des domaines où les astronomes amateurs peuvent être utiles à la science (si vous vous sentez la vocation de variabiliste, il faut travailler en groupe avec une association spécialisée indiquant des programmes concernant des zones célestes à surveiller.

La pollution industrielle, associée à l’éclairage urbain empêche la vision des étoiles, ainsi le ciel des grandes villes n’est que très peu visible. Si vous habitez une grande ville ou une région très fortement urbanisée, allez observer les étoiles dans un parc ou une clairière, de préférence à une trentaine de kilomètres de l’agglomération, afin d’avoir un horizon plutôt sombre.

Notons que dans les villes où les astres peu lumineux ne sont jamais observables, nous n’apercevons tout au plus 200 étoiles en même temps. C’est très peu…

Constellations

Une constellation est un groupe d’étoiles bordé par une ligne imaginaire. Les dessins des constellation en usage sur Terre ont été, par la plupart, conçus par les Grecs, mais n’ont aucune signification réelle… D’autres constellations, peu connues, ont été ajoutées au firmament plus tard, telles que la constellation Antlia ou la Machine Pneumatique qui a été ajoutée par l’astronome Lacaille en 1752 sous le nom d’Antlia Pneumatique. La constellation Apus (l’Abeille) ou Oiseau de Paradis, a été présentée par Bayer en 1603, etc.

Une constellation n’a pas de signification réelle, puisque ses étoiles no pas à des distances égales de la Terre, même à l’échelle galactique. Les constellations sont plutôt un dessin formé d’étoile dans la sphère céleste qui, observées de la Terre, semblent se retrouver concentrées dans la même direction.

Prenons un exemple : les étoiles du Grand Chaudron, par exemple, font partie de la constellation de la Grande Ourse. Même si les étoiles du Grand Chaudron semblent être à la même distance de nous, leur distance varie. Mizor est située à 59 années-lumière de la Terre et Alkaid se situe à 108 années-lumière. Donc, la distance entre la Terre et Alkaid et double par rapport de celle entre la Terre et Mizor. Et pourtant, ces deux étoiles font partie de la même constellation.

Ailleurs dans l’univers les constellations sont complètement différentes. D’ailleurs, les mouvements des étoiles sur une période de plusieurs millénaires changent la forme des constellations.

Sur la Terre, connaître les constellations es plus facile qu’on ne le pense. La meilleure façon est d’en sélectionner les plus facilement identifiables (la Grande Ours, la Croix de Sud, Orion), et de les utiliser comme guides pour repérer les autres constellations. La Grande Ourse, pourtant, n’est pas visible dans l’hémisphère Sud et la Croix du Sud est invisible en Europe et en Amérique du Nord. Orion, quant à lui, se situe sur l’équateur céleste et peut donc être observé de partout dans le monde (la constellation d’Orion est la plus belle constellation dans le ciel. Elle représente le grand chasseur qui se vantait de pouvoir tuer n’importe quelle créature sur terre mais qui trouva un adversaire à sa mesure lorsque le Scorpion le piqua sur le talon et le tua.

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