Les composants de l’Univers

Les étoiles

Les étoiles naines

Qu’est-ce qu’une étoile naine ?

Le terme « naine » peut sembler contradictoire lorsqu’il est associé à une étoile, mais il ne fait pas référence à la taille absolue de l’objet céleste. En astronomie, une étoile est dite « naine » lorsqu’elle se trouve, comme le Soleil, sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell (voir la page « Cycle de vie »). Cela signifie qu’elle fusionne principalement de l’hydrogène en hélium dans son cœur, tout en étant relativement petite et peu lumineuse comparée aux géantes.

Les étoiles naines représentent une grande diversité d’objets célestes, allant des étoiles chaudes et massives aux naines brunes froides et peu lumineuses. Leur étude est essentielle pour comprendre l’évolution stellaire et la formation des galaxies.

Caractéristiques communes et cycle de vie

Les étoiles naines partagent certaines caractéristiques communes :

Taille et luminosité: Comparées aux géantes, elles sont plus petites et moins brillantes. Par exemple, le Soleil, étoile naine (jaune) de taille moyenne, a un rayon d’environ 700 000 km et une luminosité de $3, 8 x 10 26$ watts. Mais une naine rouge peut avoir un rayon aussi petit que 0,1 fois celui du Soleil et une luminosité aussi faible que 0,0001 fois celle du Soleil.
Masse et longévité: Leur masse étant généralement faible, elles consomment leur carburant nucléaire plus lentement et ont donc une durée de vie beaucoup plus longue que les étoiles massives. Par exemple la masse du Soleil est d’environ 1,989 × 10³⁰ kg et sa longévité de l’ordre de 9,5 milliards d’années. Les naines rouges ont quant à elles des masses moyennes d’environ 0,3 à 0,4 fois la masse solaire et leur durée de vie peut atteindre des dizaines voire des centaines de milliards d’années.
Cycle de vie typique: Elles naissent dans des nuages moléculaires, passent la majeure partie de leur vie sur la séquence principale, puis évoluent en géantes rouges avant de finir leur vie en naines blanches, voire en naine noire.

Les différentes catégories d’étoiles naines

Les étoiles naines sont classées en fonction de leur température de surface, qui détermine leur couleur. De la plus chaude à la plus froide, on distingue :

Naines jaunes

Naine jaune – Le Soleil

Les naines jaunes sont des étoiles de taille moyenne, comme notre Soleil. Elles fusionnent l’hydrogène en hélium dans leur cœur, ce qui leur confère une couleur jaune caractéristique. Leur durée de vie est d’environ 10 milliards d’années et elles jouent un rôle crucial dans la formation de systèmes planétaires susceptibles d’abriter la vie.

(voir également la page « Le Soleil »)

Naines blanches et naines noires

Il s’agit du stade final d’évolution des étoiles de masse moyenne, comme notre Soleil. Composées principalement de carbone et d’oxygène, les naines blanches sont soutenues par la pression de dégénérescence des électrons. Elles sont très denses, avec une masse comparable à celle du Soleil concentrée dans un volume comparable à celui de la Terre. Les naines blanches ne produisent plus d’énergie par fusion nucléaire et se refroidissent lentement au cours de milliards d’années.

Bien que l’Univers ne soit pas assez vieux pour pouvoir l’observer, lorsque la température des naines blanches atteindra celle du fond diffus cosmologique (environ 2,7 Kelvin), elles pourraient devenir des naines noires. À ce stade, ces étoiles ne produiraient plus de lumière visible et seraient extrêmement difficile à détecter. Les naines noires sont donc cependant des objets encore hypothétiques.

Naine blanche Sirius B

Naines rouges

Naine rouge - Copyright planète-astronomie.com

Les naines rouges sont les étoiles les plus courantes dans l’Univers. Elles sont petites, froides et peu lumineuses. Leur faible masse leur permet de brûler leur carburant nucléaire très lentement, leur conférant ainsi une durée de vie extrêmement longue, de plusieurs dizaines de milliards d’années. Elles sont souvent associées à des exoplanètes, ce qui en fait des cibles privilégiées pour la recherche de vie extraterrestre.

Naines bleues

Les naines bleues représentent une phase tardive de l’évolution des naines rouges. Elles se forment lorsque les naines rouges, après avoir épuisé une grande partie de leur hydrogène, augmentent leur température de surface et deviennent plus bleues. Provenant de naines rouges, les naines bleues ont une longévité équivalente à celle de l’étoile d’origine, soit des dizaines de milliards d’années. Compte tenu de l’âge de l’Univers (13,8 milliards d’années), il est encore trop tôt pour en observer. Ce sont donc des étoiles hypothétiques. Les naines bleues évolueront finalement en naines blanches lorsque leur hydrogène sera complètement épuisé.

Naine bleue (vue d’artiste)

Naines brunes

Naine brune (vue d'artiste) - Copyright ASTRON-Danielle Futselaar

Les naines brunes sont des objets intermédiaires entre les planètes géantes gazeuses et les étoiles. Contrairement aux étoiles de la séquence principale, leur masse est insuffisante pour déclencher des réactions de fusion nucléaire stables de l’hydrogène. Elles ne brillent que de la chaleur résiduelle de leur formation et émettent principalement dans l’infrarouge. Elles sont souvent entourées de disques de poussière, ce qui suggère qu’elles pourraient former des systèmes planétaires.