Constante gravitationnelle et masse des étoiles

[Universus]

Salut à tous,

Dans mes lectures récentes je suis tombé sur un bref commentaire soutenu par aucune précision (il faut dire que le sujet de mes lectures ne portait pas du tout sur la même chose que le commentaire, d'où l'absence de précision) prétendant que si la valeur de la constante gravitationnelle était plus grande que celle que nous mesurons, cela aurait pour effet (entre plusieurs autres) de diminuer la masse des étoiles.

Je comprends qu'une augmentation de G entraînerait une diminution de la taille des étoiles ; pour G plus grand, la force gravitationnelle faisant s'effondrer une étoile sur elle-même serait plus grande, demandant ainsi une pression radiative au sein de l'étoile supérieure pour atteindre l'équilibre, c'est-à-dire une température interne plus grande, chose possible en augmentant la densité du noyau, bref en obtenant une étoile plus compacte (moins volumineuse). Néanmoins, cela n'implique pas que l'étoile soit moins massive, mais seulement que dans deux univers ayant des G distincts, deux étoiles (une dans chaque univers) ayant la même masse n'auraient pas la même taille, la plus petite se trouvant dans l'univers possédant le G le plus élevé.

Cela serait-il dû à la façon dont l'étoile se forme? Le nuage primordial, en s'effondrant sur lui-même sous l'effet de sa propre masse (l'effondrement ayant débuté probablement par l'effet d'un agent externe, mais bon), viendrait-il à se concentrer plus rapidement dans un univers à G plus grand que dans le nôtre? Je veux dire par là qu'une région du nuage s'effondrerait rapidement pour atteindre une densité suffisante pour entamer des réactions nucléaires, mais cette région serait néanmoins plus petite (moins massive) dans un univers à G élevé que dans un univers ayant un G semblable à celui que nous avons. Les réactions nucléaires étant commencées au coeur de la protoétoile, l'énergie dégagée balayerait le gaz et la poussière du nuage se trouvant à proximité de l'astre, mettant ainsi un frein l'augmentation de la masse de la protoétoile.

Je sais que le schéma que je montre ici de la formation d'une étoile ne cadre pas tout à fait avec le modèle plus probable (le nuage subissant un effondrement arrêté à répétition par la pression radiative due à l'augmentation de la température du nuage, sans pour autant que des réactions de fusion débutent déjà), mais c'est que je vois mal ce qui pourrait avoir une énergie suffisante pour disperser les couches supérieures du nuage formant la protoétoile. Peut-être le mécanisme que je présente ici n'est pas le bon non plus.

Bref, en quoi une constante gravitationnelle plus élevée entraîne l'existence d'étoiles moins massives? Merci pour votre aide.

Universus

NB : Ce message aurait peut-être davantage sa place dans la rubrique astrophysique, rubrique à laquelle je ne pensais plus...
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[inviteca4b3353]

Bref, en quoi une constante gravitationnelle plus élevée entraîne l'existence d'étoiles moins massives?

Si G est plus élevée, alors pour une quantité de masse moindre, tu obtiens la meme force. Cela signifie que l'effondrement (controlé par la force gravitationelle) est obtenu pour une masse plus faible. Donc les objets formés sont moins massifs.

[Universus]

Oui, c'est ce que j'avais pensé et ai dit (peut-être pas assez clairement) dans mon message. Seulement, rendu à ce moins, ce qui m'intrigue est que bien qu'il soit plus simple pour de 'faibles' masses de s'agglomérer, ne devrait-il pas être plus simple aussi d'agglomérer beaucoup de matière ensemble. Autrement dit, il est plus simple de former des astres avec moins de matière, mais il est peut-être aussi plus simples pour différents astres d'eux-mêmes s'agglomérer. Quel mécanisme empêche non seulement la matière de s'agglomérer en des amas de masse (moyenne) supérieure à celle observée, mais va même jusqu'à former des astres de masse inférieure? Merci pour ton aide.

[inviteca4b3353]

Quel mécanisme empêche non seulement la matière de s'agglomérer en des amas de masse (moyenne) supérieure à celle observée, mais va même jusqu'à former des astres de masse inférieure?

Le mécanisme de Jeans.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Universus]

Merci pour le lien Karibou Blanc.

Seulement, j'ai toujours de la difficulté à voir en quoi ce mécanisme, bien que permettant d'obtenir une bonne idée des conditions requises pour l'effondrement gravitationnel d'un nuage moléculaire, puisse vraiment former des corps plus petits au final. Prenons un exemple. La longueur de Jeans et la masse de Jeans peuvent s'exprimer comme étant R_J = rho^-1E^1/2G^-1/2 et M_J = (pi/6)rho^-2E^3/2G^-3/2 où E est le module de Young du nuage. On se rend donc bien compte que ces quantités sont (à peu près pour la masse) inversement proportionnelles à G ; un univers où G serait plus grand que le nôtre aurait tendance à se faire effondrer plus facilement de relativement petits nuages moléculaires.

Imaginons dans notre univers un nuage sphérique de densité constante et ayant un rayon supérieure à la longueur de Jeans. Sans intervention d'une source extérieure pour compresser le nuage, il demeure stable. Ce n'est néanmoins plus le cas s'il est compressé, chose qui entraînerait son effondrement . Imaginons à présent le même nuage dans un univers où G serait 4 fois plus grand que dans notre univers. Le rayon de Jeans serait donc 2 fois plus petit. Le nuage est initialement stable, mais une petite compression a pour effet de le faire s'effondrer sur lui-même. Clairement que le nuage entier s'effondre ; néanmoins, on peut aussi imaginer deux sous régions sphériques du nuage, chacune de rayon égal à la moitié du rayon initial du nuage, qui sont ainsi dans cet autre univers de taille initiale supérieure à celle de Jeans. La compression du nuage global a pour effet possiblement (avec un peu de retard, la compression exercée à la frontière du nuage global devant se transmettre aux frontières de ces deux sous-régions) aussi de faire s'effondrer les deux sous-régions. Il est probable que j'échappe ici un détail du scénario, mais il me semble à première vue que chacune des sous-régions s'effondrera pour former un astre (possiblement une proto-étoile) de masse effectivement plus petite que l'astre engendré par l'effondrement du nuage entier dans notre univers, mais dans cet autre univers ces deux astres, du fait de l'effondrement plus global du nuage duquel ils ont été créés, ne devraient-ils pas venir tôt ou tard par se fusionner? Au final, oui il y aura eu formation de plus nombreux astres de masses plus petites, mais tous ces astres finiront néanmoins quand même par s'amasser ensemble, donnant un astre final de masse comparable au résultat de l'effondrement univoque du nuage moléculaire dans notre univers.

Alors, qu'est-ce qui pourrait empêcher (il n'y a probablement pas une cause unique à cela) les différents astres formés dans l'effondrement général du nuage de ne pas eux-mêmes s'amasser, menant ainsi effectivement à la création d'astres moins massifs dans un univers à G plus élevé? Cela pourrait-il être de façon simplifiée ce dont je faisais mention dans mon premier message? Cela pourrait-il être le fait qu'aucun nuage véritable ne soit vraiment initialement statique, que les différents astres formés possèdent des vitesses permettant de lutter contre l'effondrement général du nuage? Ou une autre cause? Peut-être la réponse se trouve-t-elle dans l'article que tu m'as montré, mais j'ai du mal à voir de quelle façon.

Merci pour ton aide