Les composants de l’Univers
Les étoiles
Les étoiles géantes
Les étoiles géantes constituent une catégorie d’étoiles particulièrement impressionnantes. Elles se distinguent des étoiles de la séquence principale (voir la page « Cycle de vie »), comme notre Soleil, par leur rayon considérablement plus grand et leur luminosité bien supérieure.
Caractéristiques communes et cycle de vie
Les étoiles géantes partagent certaines caractéristiques communes :
- Taille: Leur rayon peut être de 10 à 1000 fois celui du Soleil. Cela signifie qu’elles pourraient englober l’orbite de Jupiter si elles étaient placées à la place du Soleil dans notre système solaire.
- Luminosité: Elles sont beaucoup plus lumineuses que le Soleil, pouvant atteindre des milliers, voire des millions de fois sa luminosité.
- Densité: Contrairement à leur taille imposante, leur densité est très faible. Elle peut être des milliers de fois inférieure à celle du Soleil.
- Cycle de vie: Les étoiles géantes ne sont pas dans un état stable. Elles représentent une phase évolutive d’étoiles qui ont déjà quitté la séquence principale. Elles ont épuisé l’hydrogène de leur cœur et ont entamé la fusion d’éléments plus lourds (Oxygène, Néon, Magnésium, Silicium, Fer). Leur longévité est relativement courte par rapport à la durée de vie totale d’une étoile.
Les différentes catégories d’étoiles géantes
Les étoiles géantes peuvent être classées en différentes catégories en fonction de leur température de surface, de leur luminosité et de leur masse: les plus froides sont les géantes rouges; les géantes bleues sont plus lumineuses et massives; mais les plus grandes et les plus lumineuses et les supergéantes.
Les paragraphes ci-dessous précisent les caractéristiques propres à ces différents types d’étoiles.
Géantes rouges
Amas globulaire NGC 288 dont les étoiles les plus brillantes sont des géantes rouges – NASA-Hubble
Le Soleil future étoile géante rouge
Structure d’une étoile géante rouge
Les étoiles géantes rouges constituent une étape avancée dans l’évolution des étoiles de masse intermédiaire. Ce sont les étoiles géantes les plus froides.
Caractéristiques spécifiques:
- Taille et masse: Les géantes rouges sont des étoiles de grande taille, avec un rayon pouvant atteindre typiquement 10 à 100 fois celui du Soleil. Certaines géantes rouges peuvent donc avoir des tailles comparables à l’orbite de Mercure. Ce sont des étoiles de masse faible ou intermédiaire, généralement comprises entre 0,3 et 8 masses solaires.
- Luminosité et température: Leur luminosité est également élevée, bien que leur température de surface soit relativement basse (de 3000 à 5000 K, soit inférieure à celle du Soleil).
- Couleur: Leur couleur rouge caractéristique est principalement due à leur basse température de surface.
- Structure interne: Au cœur d’une géante rouge, on trouve un noyau d’hélium inerte entouré d’une coquille où l’hydrogène continue de fusionner. Cette structure est le résultat de l’épuisement de l’hydrogène dans le cœur de l’étoile.
- Perte de masse: Les géantes rouges perdent de la masse de manière importante sous forme de vent stellaire. Ces vents sont dus à la pression de radiation exercée par l’étoile sur ses couches externes.
- Instabilité: Les géantes rouges sont des étoiles instables, sujettes à des pulsations et à des variations de luminosité.
Cycle de vie:
Les étoiles de masse intermédiaire (comme notre Soleil) deviennent des géantes rouges lorsqu’elles épuisent l’hydrogène dans leur noyau. Leur enveloppe extérieure s’étend alors considérablement, ce qui les rend plus grandes et plus froides. La phase de géante rouge ne dure généralement que quelques millions d’années. C’est bien moins que la durée passée par l’étoile origine sur la séquence principale. Plus l’étoile était massive au départ, plus sa phase de géante rouge sera courte. Elles finissent par éjecter leurs couches externes, formant une nébuleuse planétaire, et leur noyau devient une naine blanche.
Géantes bleues
Les étoiles géantes bleues correspondent à la phase de fin de vie d’étoiles très massives. Elles sont souvent issues d’étoiles jeunes qui ont évolué rapidement. Elles constituent une classe d’étoiles particulièrement remarquables en raison de leurs caractéristiques extrêmes. Ces étoiles sont très chaudes, très brillantes et très massives.
Caractéristiques spécifiques:
- Taille et masse: Les géantes bleues sont des étoiles de taille inférieure aux géantes rouges (quelques rayons solaires) . Mais elles sont très massives, dépassant généralement 10 masses solaires. Cette masse élevée est à l’origine de leur haute luminosité.
- Température élevée: Leur température de surface est très élevée, typiquement de 20 000 à 50 000 K. Cette chaleur intense leur confère leur couleur bleue caractéristique.
- Luminosité extrême: Elles sont extrêmement lumineuses, rayonnant des quantités d’énergie considérables. Leur magnitude absolue est souvent inférieure à -5, ce qui les rend très brillantes même à des centaines d’années-lumière de nous.
- Vent stellaire puissant: Les géantes bleues perdent de la masse de manière importante sous forme de vent stellaire. Ce vent est très rapide et emporte avec lui une grande quantité de matière.
- Instabilité: Ces étoiles sont souvent instables et peuvent subir des variations de luminosité importantes. Certaines d’entre elles évoluent en variables lumineuses bleues, caractérisées par des épisodes de perte de masse extrême.
Etoile géante bleue Rigel
Cycle de vie:
Les étoiles très massives évoluent rapidement en géantes bleues. Lorsqu’elles ont épuisé leur hydrogène ces dernières évoluent rapidement en supergéantes. À ce stade, elles peuvent devenir des supergéantes bleues ou des supergéantes rouges, selon leur masse et leur stade d’évolution.
Supergéantes
Etoile supergéante rouge Antares – ESO
Etoile supergéante bleue Zeta Puppis (vue d’artiste)
Etoile supergéante jaune HR 5171 (vue d’artiste) : étoile double, dont le compagnon se trouve en contact direct avec l’étoile principale
Les étoiles supergéantes sont les plus grandes et les plus lumineuses de toutes. Elles proviennent d’étoiles initialement très massives, formées à partir de nébuleuses riches en matière. Elles peuvent être rouges, bleues ou jaunes, selon leur température de surface.
Caractéristiques spécifiques :
- Taille: Les supergéantes sont parmi les plus grandes étoiles connues, avec des rayons pouvant atteindre plusieurs centaines, voire plus d’un millier de rayons solaires. Les plus volumineuses sont les supergéantes rouges, les plus petites étant les bleues. Les supergéantes jaunes ont une taille intermédiaire.
- Masse: Leur masse initiale est au moins 10 fois supérieure à celle du Soleil, pouvant atteindre plusieurs dizaines de masses solaires. Cette masse importante influe considérablement sur leur évolution et leur destin.
- Luminosité: Elles sont extrêmement lumineuses, pouvant être des dizaines de milliers, voire des centaines de milliers de fois plus brillantes que le Soleil. Cette luminosité est due à leur taille gigantesque et à leur température élevée.
- Température: Leur température de surface varie en fonction de leur masse et de leur stade d’évolution. On trouve des supergéantes bleues très chaudes et des supergéantes rouges plus froides. Les supergéantes jaunes se situent également entre ces deux dernières en terme de température.
- Instabilité: En raison de leur taille et de leur luminosité extrêmes, les supergéantes sont des étoiles très instables. Elles perdent de la masse de manière importante sous forme de vent stellaire, ce qui peut modifier leur structure et leur évolution.
Cycle de vie:
Les étoiles les plus massives deviennent des supergéantes. Elles fusionnent des éléments de plus en plus lourds dans leur noyau, jusqu’à ce que le fer soit produit. Elles terminent leur vie dans une explosion en supernova. Les restes de cette supernova peuvent former une étoile à neutrons ou un trou noir.