Vous vous demandez pourquoi les étoiles brillent ? Ce sont les réactions de fusion nucléaire qui leur permettent de scintiller dans notre ciel. © robert, Adobe Stock

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Pourquoi les étoiles brillent-elles ?

Question/RéponseClassé sous :étoile , fusion nucléaire , coeur des étoiles
 

Il a fallu attendre le début du XXe siècle pour que les chercheurs parviennent à expliquer pourquoi les étoiles brillent dans notre ciel. Le résultat de réactions de fusion nucléaire qui ont lieu en leur cœur.

Pourquoi l'étoile Bételgeuse change de luminosité ?  Qui est Bételgeuse, étoile d’habitude très brillante dans la constellation d’Orion. Pourquoi sa luminosité n’a de cesse de baisser depuis l’automne 2019 ? Que va-t-il lui arriver ? 

Jour après jour, notre Soleil brille et nous offre sa lumière. Un flux de pas moins de 4.1026 watts. Le résultat d'une photosphère -- la partie du Soleil qui nous voyons à l'œil nu -- chauffée à près de 6.000 kelvins (K). Un peu comme le filament d'une ampoule qui brille lorsque sa température s'élève. Très bien. Mais quelle est la source d'énergie qui fait ainsi monter la température des étoiles et leur permet de briller dans notre ciel ?

Un tour d'horizon des possibilités permet d'éliminer rapidement quelques hypothèses. Sachant que des réactions chimiques de combustion, par exemple, dégagent au maximum 400 millions de watts par kilogramme de matière, elles limiteraient la durée de vie de notre Soleil à seulement 70.000 ans. La contraction gravitationnelle de la matière qui forme notre étoile ne lui permettrait, de son côté, pas de dépasser les 25 millions d'années.

C'est durant la première moitié du XXe siècle que les scientifiques ont compris. Jean Perrin, un physicien français (1870-1842) et Arthur Eddington, un astrophysicien britannique (1882-1944) sont les premiers, dans les années 1920, à suggérer qu'il faut chercher du côté des réactions de fusion nucléaire qui se déclenchent au cœur des étoiles. Là, les conditions nécessaires à l'assemblage de noyaux sont réunies. Les températures, notamment, sont suffisamment élevées. De l'ordre de 15 millions de K pour notre Soleil.

Au cœur des étoiles — ici, l’exemple du Soleil — règnent des conditions qui permettent à des réactions de fusion nucléaire de produire l’énergie nécessaire à les faire briller. © angellodeco, Adobe Stock

La fusion nucléaire au cœur des étoiles

Et le fait de transformer un élément léger en un élément plus lourd libère une énergie proportionnelle à la différence de masse entre les éléments. D'après la fameuse équivalence de la masse et de l'énergie établie par Albert Einstein en 1905 : E=mc2. Bien sûr, la différence de masse entre un noyau d'hydrogène et un noyau d'hélium est infime. Mais la masse du Soleil -- et des autres étoiles -- est colossale : 2.1030 kg. Résultat, pour briller comme il le fait aujourd'hui et depuis 4,6 milliards d'années, le Soleil n'a perdu que 10 % de sa masse.

Notez que plus une étoile est massive, plus les conditions de température et de pression en son cœur permettent de réactions de fusion nucléaire. Ainsi les étoiles plus massives que notre Soleil brillent plus. Mais elles brûlent aussi leur carburant plus rapidement. Les étoiles moins massives, en revanche, apparaissent moins brillantes. Mais vivent plus longtemps.

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