Étoiles et Évolution Stellaire

Classification Stellaire§

Diagramme Hertzsprung-Russell (HR)

• Axes : Luminosité vs Température (ou Type spectral vs Magnitude absolue)
• 90% étoiles : Séquence principale (fusion H → He)
• Géantes/Supergéantes : étoiles évoluées, en haut à droite
• Naines blanches : résiduels, en bas à gauche

Classification Spectrale (Harvard)

• Ordre température décroissante : O B A F G K M (+ L, T, Y pour naines brunes)
• Mnémotechnique : “Oh Be A Fine Girl/Guy, Kiss Me”
• Sous-divisions : 0-9 (ex: G2 = Soleil)
• Classe de luminosité (Yerkes, MKK) : I (supergéantes), II, III (géantes), IV (sous-géantes), V (séquence principale), VI, VII (naines blanches)
  • Soleil : G2V

Types

• O : >30 000 K, bleues, massives (>16 M☉), rares, vie courte (<10 Ma)
  • Exemples : ζ Puppis, θ¹ Orionis
• B : 10 000-30 000 K, bleues-blanches
  • Rigel (β Ori), Spica (α Vir)
• A : 7 500-10 000 K, blanches
  • Sirius (α CMa, étoile la plus brillante ciel), Véga (α Lyr)
• F : 6 000-7 500 K, blanc-jaune
  • Procyon (α CMi)
• G : 5 200-6 000 K, jaunes
  • Soleil, α Centauri A
• K : 3 700-5 200 K, orange
  • Arcturus (α Boo), Aldébaran (α Tau)
• M : 2 400-3 700 K, rouges, les plus nombreuses (75%)
  • Bételgeuse (α Ori, supergéante), Proxima Centauri (naine, étoile la plus proche : 4,24 al)

Formation Stellaire§

Nébuleuse Moléculaire

• Nuages gaz froid (10-50 K), dense (H₂, He, CO, poussières)
• Masse : 10³-10⁶ M☉
• Exemples : Orion, Aigle (Piliers Création, Hubble)

Effondrement Gravitationnel

• Perturbation (onde choc supernova, collision nuages)
• Critère Jeans : masse minimale effondrement (densité, température)
• Fragmentation → multiples protostars
• Disque d’accrétion : rotation conservée

Protoétoile

• Contraction, T° ↑
• Phase T Tauri : jets bipolaires, vents stellaires violents
• Si M > 0,08 M☉ → fusion H (étoile)
• Si M < 0,08 M☉ → naine brune (pas fusion H, seulement D temporaire)

Séquence Principale

• Équilibre hydrostatique : pression radiation (fusion) = gravité
• 90% vie étoile
• Durée : ∝ M/L, mais L ∝ M³·⁵, donc durée ∝ 1/M²·⁵
  • Soleil (1 M☉) : ~10 Ga
  • 10 M☉ : ~20 Ma
  • 0,5 M☉ : ~50 Ga (> âge Univers!)

Évolution Post-Séquence Principale§

Étoiles de Faible/Moyenne Masse (0,5-8 M☉)

1. Épuisement H cœur → cesse fusion cœur
2. Contraction cœur → T° ↑ → fusion H en couche (shell)
3. Expansion enveloppe → Géante rouge (rayon ×10-100)
   • Exemple : Arcturus, Aldébaran
4. Fusion He cœur (flash He si <2 M☉) → He → C, O
5. Fusion He couche + fusion H couche (double shell burning)
6. Branche asymptotique géantes (AGB) : instable, pulsations
7. Perte masse : vents stellaires → enveloppe éjectée
8. Nébuleuse planétaire : enveloppe éjectée illuminée par cœur exposé
   • Exemples : Hélix, Anneau (M57), Dumbell, Nébuleuse Oeil de Chat
   • Durée : ~10 000 ans
9. Naine blanche : cœur résiduel, C-O (ou O-Ne-Mg si >8 M☉)
   • Taille Terre, masse ~0,6 M☉
   • Pas de fusion, rayonne chaleur résiduelle
   • Refroidissement lent (Ga)
   • Limite Chandrasekhar : 1,4 M☉ (au-delà → effondrement)

Étoiles Massives (>8 M☉)

1. Fusions successives : H → He → C → Ne → O → Si → Fe (oignon)
   • Chaque étape plus courte : Fe en quelques jours!
2. Cœur Fe : fusion Fe endothermique (absorbe énergie) → pas de support
3. Effondrement cœur : <1 seconde, densité nucléaire
4. Supernova Type II (effondrement cœur) :
   • Rebond choc → explosion externe
   • Luminosité : 10¹⁰ L☉, visible autres galaxies
   • Durée : semaines-mois
   • Nucléosynthèse : éléments > Fe (or, uranium, etc.)
   • Dispersion matière enrichie → futures générations étoiles
   • “Nous sommes poussière d’étoiles” (Sagan)
5. Résidu :
   • Étoile à neutrons si 1,4-3 M☉ (cœur)
   • Trou noir si >3 M☉ (cœur)

Supernovae Type Ia

• Naine blanche en système binaire
• Accrétion matière compagnon → dépasse limite Chandrasekhar (1,4 M☉)
• Fusion explosive C-O → désintégration totale
• Luminosité standardisable → chandelles standard cosmologie