La formation des protoétoiles
Les étoiles se forment à partir des nuages de matières interstellaires. Avant de devenir une étoile, un nuage a un diamètre à peut prés équivalent à celui du système solaire, et il est opaque. Celui-ci ce contracte sur lui même à cause de l'énergie gravitationnelle. Cette énergie est transformée en chaleur, et la température atteint quelque centaine de degrés. Mais l'étoile ne brûle pas encore, et n'émet donc pas de lumière. Au bout d'un moment la chaleur produit par le nuage, s'oppose à la gravitation, et la contraction s'arrête. Il se forme une protoétoile. La chaleur de celui-ci n'est pas assez élevée pour allumer l'astre, qui ne rayonne donc pas. Cet astre ne peut être détecté que par des systèmes infra-rouges.
De la protoétoile à l'étoile
Quand le nuage atteint une certaine température, l'énergie dégagé ne sert plus à le chauffer, mais à ioniser certains atomes. Le nuage devient moins opaque et il dégage plus d'énergie vers l'extérieur. Cette perte d'énergie fait que l'opposition à l'attraction gravitationnelle diminue, ainsi le nuage s'effondre sur lui-même. Quand la pression est suffisamment élevée, et quand la température atteint une valeur critique (1 million de degrés) , une réaction thermonucléaire se produit et allume l'astre en faisant brûler l'hydrogène. Une étoile est née. L'étoile entame sa série principale, période la plus logue de sa vie, le Soleil est actuellement dans cette période, et il y restera encore 5 milliards d'années
La matière des protoétoiles continue à se contracter. Les protoétoiles apparaissent enveloppées d'un cocon de gaz. Elles brillent, mais leur éclat est très irrégulier. Des jets de gaz très rapides s'échappent dans la direction de leurs pôles. Lorsque, au centre, la température atteint 10 millions de degrés, des réactions nucléaires s'amorcent une étoile est née. Le temps nécessaire à une protoétoile pour devenir une étoile dépend de sa masse : il atteint 30 millions d'années pour une étoile comme le Soleil, mais, pour une étoile dix fois plus massive, il ne dépasse pas 300 000 ans.
Les jeunes étoiles
Une fois "allumées", les étoiles tirent leur énergie, pendant la majeure partie de leur vie, de la fusion d'Hydrogène en hélium qui s'effectue dans leurs régions centrales. Mais ce processus dure plus ou moins longtemps selon la masse de l'étoile. Pour une étoile comme le Soleil, il se prolonge pendant 10 milliards d'années, mais, pour une étoile 3 fois plus massive, il s'épuise en 500 millions d'années et, pour une étoile 30 fois plus massive, en 6 millions d'années seulement. Les étoiles les plus lourdes à la naissance sont les plus lumineuses.
La formation d'une étoile dépend de la masse du nuage qui va la constituer. Plus le nuage est massif, plus la contraction pour devenir une protoétoile est longue. Mais la phase de protoétoile à étoile est plus rapide. Au final les étoiles les plus massives seront les premières formées. Le soleil à mis plus de 50 millions d'années à se former, mais une étoile de 10 MS (Masse Solaire) mettra 100 000 ans pour se former, alors qu'une étoile de 0,5 MS en mettra 100 millions.
De plus à n'importe quel stade, après c'être allumé, plus une étoile est massive, plus elle brûle vite son carburant, plus elle est lumineuse, et moins longtemps elle restera dans la séquence principale. Ainsi les plus vielles étoiles sont les moins massives, et les moins lumineuses.
Tout ce processus n'a pas pris plus de 70 millions d'années. Peu de temps, en vérité, comparé au reste de la vie de l'étoile...
Schéma bilan de la formation d'une étoile
Une région d'un nuage moléculaire où la matière est plus concentrée commence à s'effondrer sous son propre poids (1). Elle forme un disque en rotation, plus chaud et plus dense au centre (2), où s'allume une protoétoile qui laisse échapper des jets de matière (3). La protoétoile devient de plus en plus chaude et lumineuse (4), puis des réactions nucléaires s'amorcent : l'étoile est née (5).
Aujourd'hui, nous savons que les étoiles se forment par groupes. Elles prennent naissance dans d'immenses nuages constitués de gaz et de poussières, que l'on appelle nébuleuse ; pour que des étoiles se forment au sein des nébuleuses, elles doivent d'abord se comprimer. Plusieurs phénomènes permettent aux nuages d'être comprimés : ondes de choc provenant d'une supernovae, etc..
Au moment où le nuage devient suffisamment concentré, la gravité fait le reste. Elle engendre l'effondrement du nuage, ce qui compresse de plus en plus les molécules, et le nuage commence à se réchauffer. Si, la masse est suffisamment importante, la nébuleuse se comprime encore plus et les réactions nucléaires entre en jeu. Nous avons alors une protoétoile : celle-ci commence alors à émettre lumière et chaleur.
Toutefois, ce que nous venons de décrire ici s'applique à des étoiles dont la masse finale est inférieure ou égale à quelques masses solaires. La formation des étoiles massives reste encore largement incomprise à ce jour. Elle serait due en partie à des phénomènes d'association de plusieurs protoétoiles.
- TPE Astronomie Année 2001 -