21 : La naissance des étoiles et la découverte de planètes en dehors du système solaire
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« Il y a d'innombrables soleils et d'innombrables terres qui tournent autour de leur soleil exactement de la même manière que les planètes de notre système. Nous ne voyons que les soleils parce que ce sont les plus grands corps et qu'ils sont lumineux, mais leurs planètes restent invisibles pour nous car elles sont plus petites et non lumineuses... Les mondes non numérotés de l'univers ont tous la même forme et le même rang et sont soumis aux mêmes forces et aux mêmes lois. » —Giordano Bruno dans Sur l'univers et les mondes infinis (1584). Bruno a été jugé pour hérésie par l'Inquisition romaine et brûlé sur le bûcher en 1600.
Nous avons parlé des étoiles en tant que fours nucléaires qui convertissent les éléments légers en éléments plus lourds. L'évolution nucléaire d'une étoile commence lorsque l'hydrogène est fusionné en hélium, mais cela ne peut se produire que lorsque la température du cœur dépasse 10 à 12 millions de K. Comme les étoiles se forment à partir de matériaux interstellaires froids, il faut comprendre comment elles s'effondrent et atteignent finalement cette « température d'inflammation » pour expliquer la naissance des étoiles. La formation des étoiles est un processus continu, depuis la naissance de notre Galaxie jusqu'à aujourd'hui. Nous estimons que chaque année dans notre Galaxie, en moyenne, trois masses solaires de matière interstellaire sont converties en étoiles. Cela peut sembler une petite quantité de masse pour un objet aussi grand qu'une galaxie, mais seules trois nouvelles étoiles (sur des milliards dans la galaxie G) se forment chaque année.
Les planètes tournent-elles autour d'autres étoiles ou le nôtre est-il le seul système planétaire ? Au cours des dernières décennies, les nouvelles technologies nous ont permis de répondre à cette question en révélant près de 3 500 exoplanètes dans plus de 2 600 systèmes planétaires. Avant même que les planètes ne soient détectées, les astronomes avaient prédit que les systèmes planétaires étaient probablement des sous-produits du processus de formation des étoiles. Dans ce chapitre, nous examinons comment la matière interstellaire est transformée en étoiles et en planètes.
- 21.1 : Formation d'étoiles
- La plupart des étoiles se forment dans des nuages moléculaires géants dont les masses sont aussi grandes que les masses\(3 × 10^6\) solaires. Le nuage moléculaire le plus étudié est Orion, où se produit actuellement la formation des étoiles. Les nuages moléculaires contiennent généralement des zones de densité plus élevée appelées amas, qui contiennent à leur tour plusieurs noyaux de gaz et de poussière plus denses, chacun pouvant devenir une étoile. Une étoile peut se former à l'intérieur d'un noyau si sa densité est suffisamment élevée pour que la gravité puisse dépasser la pression interne et provoquer la formation de gaz et de poussière
- 21.2 : Le H-R et l'étude de l'évolution des étoiles
- L'évolution d'une étoile peut être décrite en termes de changements de température et de luminosité, qu'il est préférable de suivre en les traçant sur un diagramme H—R. Les protoétoiles génèrent de l'énergie (et de la chaleur interne) par contraction gravitationnelle qui se poursuit généralement pendant des millions d'années, jusqu'à ce que l'étoile atteigne la séquence principale.
- 21.3 : Preuve que des planètes se forment autour d'autres étoiles
- Les observations montrent que la plupart des protoétoiles sont entourées de disques d'un diamètre suffisamment grand et d'une masse suffisante (jusqu'à 10 % de celle du Soleil) pour former des planètes. Après quelques millions d'années, la partie interne du disque est débarrassée de la poussière, et le disque prend alors la forme d'un beignet avec la protoétoile centrée dans le trou, ce qui peut s'expliquer par la formation de planètes dans cette zone interne.
- 21.4 : Planètes au-delà du système solaire - Recherche et découverte
- Plusieurs techniques d'observation ont permis de détecter avec succès des planètes en orbite autour d'autres étoiles. Ces techniques se répartissent en deux catégories générales : la détection directe et la détection indirecte. Les techniques Doppler et de transit sont nos outils indirects les plus puissants pour trouver des exoplanètes. Certaines planètes sont également découvertes par imagerie directe.
- 21.5 : Les exoplanètes partout : ce que nous apprenons
- Bien que la mission Kepler découvre des milliers de nouvelles exoplanètes, celles-ci sont limitées à des périodes orbitales de moins de 400 jours et ont des tailles supérieures à celles de Mars. Néanmoins, nous pouvons utiliser les découvertes de Kepler pour extrapoler la distribution des planètes dans notre Galaxie. Les données disponibles jusqu'à présent indiquent que les planètes comme la Terre sont le type de planète le plus courant et qu'il pourrait y avoir 100 milliards de planètes de la taille de la Terre autour d'étoiles semblables au Soleil dans la Galaxie. Environ 2 600 systèmes planétaires ont été découverts autour d'autres étoiles.
- 21.6 : Nouvelles perspectives sur la formation des planètes
- L'ensemble des exoplanètes est incroyablement diversifié et a conduit à une révision de notre compréhension de la formation des planètes, qui inclut la possibilité d'interactions vigoureuses et chaotiques avec la migration et la dispersion des planètes. Il est possible que le système solaire soit inhabituel (et non représentatif) dans la façon dont ses planètes sont disposées. De nombreux systèmes semblent avoir des planètes rocheuses plus éloignées que nous, par exemple, et certains ont même des « Jupiter chauds » très proches de leur étoile.
Vignette : Nous voyons un gros plan d'une partie de la nébuleuse de Carina prise avec le télescope spatial Hubble. Cette image montre des jets alimentés par des étoiles nouvellement formées noyées dans un énorme nuage de gaz et de poussière. Certaines parties des nuages brillent grâce à l'énergie de très jeunes étoiles qui se sont récemment formées en leur sein. (source : modification des travaux de la NASA, de l'ESA, de M. Livio et de l'équipe du 20e anniversaire de Hubble (StSci))