Au dessus de vos têtes...

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Formation des étoiles

La formation des étoiles se réalise en 4 étapes menant à la séquence principale.

 

Etape 1 : la déstabilisation du nuage.

 

On peut trouver dans l'espace ce qu'on appelle un "nuage", c'est à dire une zone ou se rassemblent plein d'atomes d'hélium, d'hydrogène et des poussières. Par exemple, la nébuleuse d'Orion ! Ces nuages sont immenses, on les appelle d'ailleurs des "pouponnières à étoiles".

 

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Un événement extérieur tel une explosion d'une supernova crée des ondes de choc qui se propagent dans l'espace, celles-ci vont déstabiliser le nuage. La petite compression amorcée sur le nuage va conduire à son effondrement, il faut cependant une masse assez importante, que l'on appelle masse de Jeans, 100000 fois plus importante que la masse d'une étoile.

 

L'effondrement est le phénomène de chute du gaz vers le centre du nuage, chute au sens où chaque molécule va converger vers une zone, on appelle cette chute "freefall", dont la durée est de quelques millions d'années (très rapide) . Les molécules de gaz perdent donc une énergie potentielle, rayonnée.

Comme le nuage est très dense, il ne s'échauffe pas suite au rayonnement, cette première transformation est une compression isotherme (iso + therme = même température ) à 10 K ( très très froid !! )

 

Etape 2  : la fragmentation hiérarchique.

 

La masse volumique du gaz augmente petit à petit suite à l'effondrement du nuage et alors, la masse de Jeans,  quant à elle, diminue ( d'après une formule ). Si on considère une masse M de gaz, comme Mjeans diminue, à un certain moment, M deviendra supérieure à Mjeans , et dans ce cas cette masse M va pouvoir elle-même s'effondrer d'après la théorie. Le nuage va se fragmenter en plus petites unités au fil du temps, chaque plus petite partie se fragmentant alors !

 

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Le processus s'arrête car cette fois-ci le nuage est "opaque", comme sa masse volumique augmente, il est de moins en moins capable de libérer l'énergie, jusqu'au moment où l'énergie reste dans le nuage comprimé, la transformation devient adiabatique, c'est à dire, sans échanges avec l'extérieur !

L'énergie s'oppose alors à un moment à la contraction, la fragmentation est alors terminée.

 

Etape 3 : formation de la protoétoile.

 

On considère maintenant un seul des fragments de nuage obtenu. Son rayon mesure environ 100 UA ( unités astronomiques). Le centre de la protoétoile se met à chauffer et atteint alors un équilibre thermique par une uniformisation des chocs, la chute devient de plus en plus lente au niveau du coeur. Cependant, le reste de la protoétoile va venir chuter sur le coeur à une vitesse supersonique, dégageant alors de l'énergie cinétique sous forme d'une onde de choc. Le coeur opaque va s'échauffer jusqu'à 1000K, les poussières vont alors s'évaporer, puis la température réaugmentera jusqu'a 1800K, palier de dissociation des molécules d'hydrogène. On voit ensuite les paliers de 10 000K et 100 000K. Le gaz est alors totalement ionisé, c'est un plasma ! Au fil des étapes, le rayon de la protoétoile ne fait que diminuer.

 

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Ces étoiles sont dites convectives et se placent sur le diagramme HR sur une verticale, le trajet de Hayashi ( voir plus tard, ou questions perso :) )

 

C'est notamment cette phase qui dégage de la matière dans un plan formant alors les planétésimaux, futures planètes ( voir La formation du système solaire ).

 

Etape 4 : vers la séquence principale

 

Toute l'énergie diffusée produit un vent stellaire très puissant, la matière autour de l'étoile va disparaître et celle-ci va formé une enveloppe autour d'elle, la protoétoile va être au centre d'une sorte de cavité de matière. L'étoile continue lentement de se contracter sur elle-même.

 

Sa température continue d'augmenter et alors, la fusion du deutérium ( isotope de l'hydrogène) en hélium commence.Si la masse de l’étoile est inférieure à 0,08 masses solaires, elle ne pourra pas aller plus loin, et ne réalisera jamais la première des réactions de fusion de l’hydrogène (celle qui produit le deutérium). Ce sera une naine brune.

 

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Si l'étoile est suffisamment lourde, lorsque son coeur atteint 10 millions de Kelvin , la contraction s'arrête alors et l'étoile est pour la première fois à l'équilibre mécanique. Elle se trouve sur la Séquence Principale, exactement sur la ZAMS (Zero Age Main Sequence, ou Séquence Principale d’Age Zéro). C’est la ligne inférieure de la Séquence Principale.

 

L'énergie gravitationnelle n'est alors plus la source d'énergie de l'étoile, les réactions nucléaires prennent le relai en son coeur.

La protoétoile est maintenant une véritable étoile ! Elle se situe donc sur la séquence principale !

 


 

Guillaume et Yann



30/05/2015
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