20 : Entre les étoiles - Du gaz et de la poussière dans l'espace
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D'où viennent les étoiles ? Nous savons déjà dans les chapitres précédents que les étoiles doivent mourir parce qu'elles finissent par épuiser leur combustible nucléaire. Nous pouvons émettre l'hypothèse que de nouvelles étoiles apparaissent pour remplacer celles qui meurent. Cependant, pour former de nouvelles étoiles, nous avons besoin de la matière première nécessaire à leur fabrication. Il s'avère également que les étoiles éjectent de la masse tout au long de leur vie (une sorte de vent souffle de leurs couches superficielles) et que cette matière doit aller quelque part. À quoi ressemble cette « matière première » des étoiles ? Comment le détecteriez-vous, surtout s'il n'est pas encore sous forme d'étoiles et ne peut pas générer sa propre énergie ?
L'une des découvertes les plus intéressantes de l'astronomie du XXe siècle est que notre galaxie contient de grandes quantités de cette « matière première », à savoir des atomes ou des molécules de gaz et de minuscules particules de poussière solides présentes entre les étoiles. L'étude de cette matière diffuse entre les étoiles nous aide à comprendre comment les nouvelles étoiles se forment et nous donne des indices importants sur nos propres origines il y a des milliards d'années.
- 20.1 : Le milieu interstellaire
- Environ 15 % de la matière visible de la Galaxie se présente sous forme de gaz et de poussière, qui servent de matière première aux nouvelles étoiles. Environ 99 % de cette matière interstellaire se présente sous forme de gaz, d'atomes ou de molécules individuels. Les éléments les plus abondants dans le gaz interstellaire sont l'hydrogène et l'hélium. Environ 1 % de la matière interstellaire se présente sous forme de grains de poussière interstellaires solides.
- 20.2 : Gaz interstellaire
- Le gaz interstellaire peut être chaud ou froid. Le gaz présent à proximité des étoiles chaudes émet de la lumière par fluorescence, c'est-à-dire que de la lumière est émise lorsqu'un électron est capturé par un ion et descend en cascade jusqu'à des niveaux d'énergie inférieurs. La majeure partie de l'hydrogène présent dans l'espace interstellaire n'est pas ionisé et il est préférable de l'étudier par des mesures radio de la ligne de 21 centimètres. Une partie du gaz présent dans l'espace interstellaire se trouve à une température d'un million de degrés, même si elle se trouve loin dans les étoiles chaudes.
- 20.3 : Poussière cosmique
- La poussière interstellaire peut être détectée : (1) lorsqu'elle bloque la lumière des étoiles situées derrière elle, (2) lorsqu'elle diffuse la lumière des étoiles voisines et (3) parce qu'elle rend les étoiles éloignées plus rouges et plus pâles. Ces effets sont respectivement appelés rougeur et extinction interstellaire. La poussière peut également être détectée dans l'infrarouge car elle émet un rayonnement thermique. De la poussière est présente dans tout le plan de la Voie lactée.
- 20.4 : Rayons cosmiques
- Les rayons cosmiques sont des particules qui se déplacent dans l'espace interstellaire à une vitesse typique de 90 % de la vitesse de la lumière. Les éléments les plus abondants des rayons cosmiques sont les noyaux d'hydrogène et d'hélium, mais on y trouve également des électrons et des positrons. Il est probable que de nombreux rayons cosmiques soient produits lors de chocs de supernova.
- 20.5 : Le cycle de vie de la matière cosmique
- La matière interstellaire circule constamment dans la Galaxie et change d'une phase à l'autre. Dans le même temps, du gaz est constamment ajouté à la Galaxie par accrétion depuis l'espace extragalactique, tandis que de la masse est retirée du milieu interstellaire en étant enfermée dans des étoiles. Une partie de la masse des étoiles est, à son tour, renvoyée dans le milieu interstellaire lorsque ces étoiles évoluent et meurent.
- 20.6 : La matière interstellaire autour du Soleil
- Le Soleil est situé au bord d'un nuage de faible densité appelé Local Fluff. Le Soleil et ce nuage sont situés dans la bulle locale, une région s'étendant jusqu'à au moins 300 années-lumière du Soleil, dans laquelle la densité de matière interstellaire est extrêmement faible. Les astronomes pensent que cette bulle a été soufflée par des étoiles voisines qui ont subi un vent fort et des explosions de supernovas.
Miniature : Cette image, prise par le télescope spatial Hubble, montre le jeune amas d'étoiles NGC 3603 interagissant avec le nuage de gaz à partir duquel il s'est récemment formé. Les étoiles bleu vif de l'amas ont fait exploser une bulle dans le nuage de gaz. Les vestiges de ce nuage sont visibles dans la partie inférieure droite du cadre et brillent en réponse à la lumière des étoiles qui l'illuminent. Dans ses parties les plus sombres, protégées de la lumière intense de NGC 3603, de nouvelles étoiles continuent de se former. Bien que les étoiles de NGC 3603 ne se soient formées que récemment, les plus massives d'entre elles sont déjà en train de mourir et d'éjecter leur masse, produisant les traits bleus d'anneaux et de stries visibles dans la partie supérieure gauche de l'image. Ainsi, cette image montre le cycle de vie complet des étoiles, de la formation à partir du gaz interstellaire, en passant par la vie sur la séquence principale, jusqu'à la mort et au retour de la matière stellaire dans l'espace interstellaire. (source : modification des travaux de la NASA, Wolfgang Brandner (JPL/IPAC), Eva K. Grebel (Université de Washington), You-Hua Chu (Université de l'Illinois à Urbana-Champaign))