Naissance, évolution et mort des étoiles

Lequeux James

Description

On sait depuis longtemps que les étoiles sont des astres semblables au Soleil ; mais ce n'est qu'en 1810 que l'on a vu qu'elles sont faites de gaz incandescent. À partir de 1860, on a déterminé progressivement la composition chimique de ce gaz. Vers 1940, on a enfin compris que l'énergie des étoiles était thermonucléaire, et su comment elles la rayonnaient. Quant à leur évolution, elle a fait depuis cette époque l'objet d'une quête progressive que l'on peut considérer comme à peu près terminée. Enfin, ce n'est que tout récemment que l'on a commencé à comprendre comment les étoiles se forment à partir de la matière interstellaire et comment a lieu la mort violente des étoiles massives. Les étoiles doubles serrées sont le siège de phénomènes extraordinaires que l'on n'a pas fini d'explorer.

Le présent ouvrage fait le point sur tous ces aspects, tandis que l'impact de l'évolution des étoiles sur celle des galaxies est également abordé. Les observations les plus intéressantes sont rappelées, illustrées par des images souvent spectaculaires, tandis que la théorie est expliquée de façon simple, sans cependant éviter quelques développements mathématiques et physiques lorsqu'ils sont indispensables à une compréhension réelle des phénomènes. Ainsi, sans être un traité pour spécialistes, ce livre sera lu avec profit par les personnes qui possèdent des bases scientifiques du niveau de la licence, et qui veulent s'initier en profondeur au monde fascinant des étoiles.

 

Sujets

• Sciences expérimentales
• Astronomie et astrophysique
• Space Science
• Sciences et techniques
• Astronomy
• Science
• Astronomie

Informations

• Publié par: EDP Sciences
• Date de parution: 01 juillet 2011
• Nombre de lectures: 1
• EAN13: 9782759812196
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 48 Mo

Extrait

NAISSANCE, ÉVOLUTION ETMORT DESÉTOILES James Lequeux

James Lequeux

Collection « Une Introduction à » dirigée par Michèle Leduc et Michel Le Bellac

Naissance, évolution et mort des étoiles

James Lequeux Astronome à l’Observatoire de Paris

17, avenue du Hoggar Parc d’activités de Courtabœuf, BP 112 91944 Les Ulis Cedex A, France

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Imprimé en France.

©2011, EDP Sciences, 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d’activités de Courtabœuf, 91944 Les Ulis Cedex A

Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés réservés pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation de l’éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective, et d’autre part, les courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 1224, L. 1225 et L. 3352 du Code de la propriété intellectuelle). Des photocopies payantes peuvent être réalisées avec l’accord de l’éditeur. S’adresser au : Centre français d’exploitation du droit de copie, 3, rue Hautefeuille, 75006 Paris. Tél. : [phone].

ISBN9782759806386

James Lequeux, né en 1934, est astronome émérite à l’Obser vatoire de Paris. Après une thèse en radioastronomie, il s’est in téressé à de nombreux sujets en astrophysique, en particulier le milieu interstellaire, l’évolution stellaire et l’évolution des galaxies. Il a été impliqué dans différents projets spatiaux, no tamment le satellite européen d’observation dans l’infrarouge ISO. Il a dirigé la station de radioastronomie de Nançay et l’Ob servatoire de Marseille, et a été pendant quinze ans Rédacteur en chef de la revue européenne As tronomy & Astrophysics. Ces dernières années, il a écrit un ouvrage de référence, « Le mi lieu interstellaire », qui a été traduit en anglais, de nombreux articles et plusieurs livres consacrés à l’histoire de l’astronomie, dont des biographies scientifiques d’Arago et de Le Verrier dont la traduction est en cours.

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Remerciements

JeanPaul Zahn a bien voulu relire entièrement le manuscrit. Je lui en suis très reconnaissant. Je voudrais également exprimer ma gratitude à André Maeder, à Klaas de Boer et à Wilhelm Seggewiss pour m’avoir permis d’utiliser des figures de leurs ouvrages. Je remercie enfin Nolan Walbor n et Sylvaine TürckChièze pour m’avoir fourni des figures.

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Remerciements

Introduction

1

2

3

4

Table des matières

3

7

La naissance des étoiles11 1.1La matière interstellaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.2La formation des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1.333. . . . . . . . . . . . L’évolution des étoiles avant la séquence principale

La physique des étoiles37 2.1Les paramètres fondamentaux : masse, rayon, luminosité ; le diagramme de HertzprungRussell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.2L’atmosphère des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.348. . . . . . . . . . . . . . Les équations de base de la structure des étoiles 2.451. . . .. . . . . . Les réactions nucléaires, sources d’énergie des étoiles . 2.5La modélisation de l’intérieur des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.6Matière normale et matière dégénérée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.760Les oscillations stellaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

L’évolution des étoiles isolées67 3.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . L’évolution du Soleil 67 3.2. . . . . . . . . . . . L’évolution des étoiles de masse faible et moyenne . 72 3.374L’évolution des étoiles de grande masse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.480Complications : la rotation et le champ magnétique des étoiles . . . . .

La mort des étoiles83 4.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . La mort des petites étoiles . 83 4.291La mort des grosses étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

6

Le zoo des étoiles doubles109 5.1Étoiles doubles et masse des étoiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.2. . . . . . . . . . . . . . . 114Le transfert de masse dans les étoiles doubles . 5.3a.eI....edvaypet....221tacaercsqieuylmsvaees,noernotsupaiinB 5.4Étoiles binaires gamma et microquasars . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 5.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128Les pulsars milliseconde

Étoiles et évolution des galaxies131 6.1Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . 133La production des éléments par les étoiles 6.3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137. . . Des étoiles au milieu interstellaire . 6.4xalagse’dL.....sei.1......38mihceuqiisopnoitelndomacoléviout 6.5. . . . . . . . . . . . 149L’évolution de la couleur et du spectre des galaxies

Bibliographie

Index

6

157

159

Table des matières

Introduction

L’astrophysique est une science récente. François Arago est le premier à avoir mon tré, en 1811, que la surface du Soleil est un gaz incandescent, et non un solide ou un liquide ; plus tard, il montrera que c’est aussi le cas pour les autres étoiles. En 1860, Robert Bunsen et Gustav Kirchhoff découvrent dans le spectre du Soleil les raies de plusieurs éléments terrestres, ce qui est souvent considéré comme le début de l’astrophysique. Puis on voit cette scie nce naissante suivre les progrès de la phy sique, jusqu’à ce que soit définitivement établie par Hans Bethe et Carl Friedrich von Weiszäcker l’origine de l’énergie des étoiles, juste avant la dernière guerre mo ndiale. Quant à l’évolution des étoiles, elle n’a c ommencé à être comprise qu’après 1950 ; la naissance et la mort des étoiles conse rvent encore pour nous bien des aspects mystérieux. Le présent ouvrage fait le point, d’un e manière que nous espérons aisément accessible à un lecteur ayant des connaissances en physique, sur les différents aspects de la formation, de la nature, de l’évolution et de la mort des étoiles. Bien que ce livre ne soit nullement destiné aux spécia listes, nous n’avons pas hésité à y insérer des formules et des démonstrations simples, quand elles nous ont paru plus parlant es qu’un exposé vulgarisé fait « avec les mains ». Une bonne compréhension de la physique stellaire passe par là. Le premier chapitre décrit succinctement le milieu interstellaire à partir duqu el se forment les étoiles et les différentes étapes de cette formation, jusqu’à ce que se stabilisent les réactions nucléaires qui fournissent leur énergie. Ce sont des sujets où l’on ignorait tout avant l’avènement des radiotélescopes, puis des satellites arti ficiels qui permettent l’observation dans l’infrarouge ; bien des observations nouvelles nous apportent encore leur lot de surprises. On aborde ensuite les principes de la physique des étoiles. Il y a ici moins de mystères que dans le chapitre précédent : on parvient en effet à rendre compte très convenablement des propriétés observées des étoiles par des modèles numériques,