Les étoiles mystérieuses

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Les étoiles les plus massives sont capables de fabriquer par fusion thermonucléaire des éléments chimiques de plus en plus lourds jusqu'au fer. La contraction rapide du centre de l'étoile apporte du combustible nouveau et donne lieu à des variations brutales du taux de production d'énergie nucléaire. Bref, cette usine nucléaire peut « s'emballer » surtout si brusquement elle se retrouve à court de carburant. L'étoile peut alors se contracter de façon catastrophique : elle « implose » en quelques fractions de secondes en s'effondrant sur elle-même.

  
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On a vu précédemment que les étoiles les plus massives étaient capables de fabriquer par fusion thermonucléaire des éléments chimiques de plus en plus lourds jusqu'au fer. La contraction rapide du centre de l'étoile apporte du combustible nouveau et donne lieu à des variations brutales du taux de production d'énergie nucléaire. Bref, cette usine nucléaire peut « s'emballer » surtout si brusquement elle se retrouve à court de carburant. L 'étoile peut alors se contracter de façon catastrophique : elle « implose » en quelques fractions de secondes en s'effondrant sur elle-même.

Cet effondrement entraîne une augmentation importante de la température et de la densité et le gaz en effondrement va finalement « rebondir » sur ce noyau très dense : c'est l'explosion de l'étoile.

L'énergie ainsi libérée en quelques fractions de seconde est équivalente à la luminosité de milliards d'étoiles contenues dans une galaxie : une nouvelle étoile peut ainsi apparaître dans le ciel, qu'on appelle alors supernova. Contrairement à ce qu'on pourrait donc croire cette nouvelle étoile dans le ciel ne vient pas de naître mais est plutôt le dernier « cri » émis par une étoile massive qui vient de mourir.

Après l'explosion de la supernova, il reste au centre un objet compact très dense (environ 10 milliards de tonnes par centimètre cube) et tout petit (10 km de diamètre) : c'est ce qu'on appelle une étoile à neutrons. Ce sont les forces nucléaires qui assurent la cohésion de ce noyau dont la densité est celle d'un noyau atomique qui n'aurait pas un dixième de milliardième de mètre comme tout bon noyau atomique mais 10 km de diamètre.

Une des originalités de ces étoiles à neutrons vient du fait qu'elles tournent très vite et très régulièrement sur elles-mêmes en émettant un faisceau de « lumière » radio qui vient balayer la terre. Ce phénomène a fait que les astronomes appellent parfois ces étoiles des pulsars puisqu'ils émettent des impulsions radio avec une périodicité de l'ordre de la seconde, voir moins. Il n'y a pas actuellement de consensus quand au mécanisme responsable de l'émission radio des pulsars.

C'est en 1967 qu'ont été découverts les premiers pulsars. Cette découverte avait, dans un premier temps excité bon nombre de scientifiques car la régularité de impulsions radio (un peu à la manière dont un phare au bord de mer prévient les navires d'un danger ou balise l'entrée d'un port) pouvait laisser croire qu'enfin nous étions rentrés en contact avec une civilisation extraterrestre qui nous lançait des signaux lumineux. Le rêve n'a été que de courte durée et on s'est très vite aperçu qu'il s'agissait simplement d'une étoile... Reste que l'on pense à utiliser les pulsars comme horloge « absolue » puisque leur extrême régularité pourrait fournir un étalon de temps bien plus précis que nos horloges atomiques.

Enfin terminons ce tour des étoiles mystérieuses en parlant de ces fameux trous noirs. Le noyau d'une étoile à neutrons est encore capable de résister à la force de gravitation. Dans certains cas (si l'étoile de départ est vraiment très massive) cet état d 'équilibre peut ne pas être atteint. Si la contraction gravitationnelle élève suffisamment la température pour que les nucléons (particules élémentaires composant le noyau du pulsar) deviennent relativistes, l'étoile s'effondre alors sans jamais être stoppée. La densité peut alors croître sans limite, sans que les lois de la physique s 'y opposent : un trou noir est né.

Ces objets, prévus par la loi de la relativité générale d'Albert Einstein, n'ont jamais été observés et ne le seront jamais directement. En effet ils sont tellement compacts et dense que même les particules de lumières (les photons) qui n'ont pourtant pas de masse ne peuvent échapper à l'attraction gravitationnelle de ces objets. Aucune lumière n'est émise par un trou noir et donc aucune photo d'un trou noir ne fera la couverture de votre magazine préféré !

Il est par contre possible de parier sur la présence d'un trou noir car celui-ci est capable « d'avaler » une grande quantité de matière qui passe près de lui (étoile, galaxies, gaz interstellaire, etc... ). C'est cette matière qui en tombant dans le trou noir va émettre un dernier « cri » en produisant de la lumière qui pourra, elle, être observée. Il est même possible en analysant cette lumière et les perturbations gravitationnelles aux abords d'un trou noir d'en déduire sa masse et ses propriétés.

Allez, rêvons encore un peu plus : certaines théories en cosmologie prédisent que ces trous noirs pourraient raccorder des régions de l'Univers entre elles. Il serait alors possible de voyager « plus vite que la lumière » (un principe inviolé et inviolable de la physique explique que dans l'Univers rien ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière) en passant par un trou noir... mais rappelons-nous que l'étoile la plus proche (Proxima du Centaure) est à 4 années lumières. En prenant un vaisseau spatial voyageant à la vitesse de libération solaire de 17 km/s (vitesse qu'il faut avoir pour échapper à l'attraction gravitationnelle de notre soleil) cela prendrait 17500 ans pour atteindre Proxima du Centaure et le premier trou noir est encore bien plus éloigné. Ne parlons pas des effets de marée qui, à l'approche d'un trou noir, auraient vite fait de disloquer complètement notre vaisseau spatial avant même que nous ayons pu tomber dedans... Bref, le voyage intergalactique, ça n'est pas pour demain !

Nébuleuse du Crabe abritant en son centre le pulsar du crabe (invisible sur la photo). Cette nébuleuse est le reste de l'explosion d'une supernova qui a eu lieu en 1054. Copyright ESO-VLT


Question à l'ordre du jour : A la fin de sa vie le soleil deviendra-t-il un pulsar ?