Composition chimique du système solaire.

[papy-alain]

Bonjour à tous.
Les planètes et le soleil sont issus, à l'origine, du même nuage gazeux expulsé par une supernova. Comment se fait il, dés lors, que le soleil soit, à l'origine, composé presque exclusivement d'hydrogène, alors que la terre est composée de pratiquement tous les éléments chimiques existants ? Je ne connais pas la proportion d'hydrogène sur terre par rapport aux autres éléments, mais elle est sûrement très différente de celle existant dans le soleil. Les éléments lourds d'une nébuleuse sont ils moins attirés vers le centre de celle-ci ?
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[Geb]

Bonjour,

La réponse réside dans le fait qu’étoiles et planètes se forment différemment.

Les nébuleuses sont ce qu’on appelle des pouponnières d’étoiles. C’est probablement dans une nébuleuse que le système solaire s’est formé. Dans ces nébuleuses, les cocons préstellaires s’effondrent sur eux-mêmes de 2 manières :

1) sous la pression du rayonnement d’autres étoiles environnantes,
2) sous l’onde de choc issue de l’explosion d’une supernova environnante.

Tout dans la Galaxie est en rotation. À cause de la force centrifuge, une partie de la matière est déviée sur les côtés, et le résultat est la formation d’un cœur protostellaire, formé du gaz et des poussières originelles qui sont parvenus au centre, et autour de cette proto-étoile, un disque de gaz et de poussières qui se forme. C’est dans ce disque de gaz et de poussière, que se formeront plus tard les planètes.

Ces deux sous-systèmes (proto-étoile et disque circumstellaire) ont par la suite une évolution indépendante. Dans le disque circumstellaire, les éléments légers sont trop chauds pour se condenser près de l’étoile. Les planètes proches (dites telluriques) sont donc riches en éléments lourds (fer, silicium…). Plus loin de l’étoile, les éléments plus légers se condensent et l’enveloppe de gaz peut s’accumuler pour former des planètes volumineuses et massives (dites gazeuses), essentiellement constituée d’hydrogène.

Cordialement

[papy-alain]

Merci de cette réponse précise.

[papy-alain]

Euh, finalement, je me pose encore une question : pour qu'une étoile déclenche le processus de fusion nucléaire, sa masse doit atteindre au moins ~70 x la masse de Jupiter. Mais que se passe-t-il si cette masse ne contient qu'une faible proportion d'hydrogène ? La nébuleuse continue-t-elle à se contracter ? La fusion nucléaire de l'hélium peut elle s'enclencher ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Calvert]

Mais que se passe-t-il si cette masse ne contient qu'une faible proportion d'hydrogène ?

En pratique, cela n'existe pas. Le Soleil contient une fraction d'éléments lourds (i.e. plus lourds que l'hélium) de seulement 1.4%. Les étoiles les plus "métalliques" que l'on connaissent ont une fraction quelques fois solaires. Au pire, mettons, 3-5%.

Concernant l'hélium, le contenu initial des étoiles a tendance a augmenté à mesure que le temps passe dans l'univers. D'environ 24% au moment du big-bang (je n'ai pas les chiffres de WMAP en tête), on était, au moment de la formation du Soleil, à ~28%, et sûrement un peu plus maintenant.

Mais l'hydrogène est toujours très dominant.

On pourrait imaginer une étoile sans hydrogène. Dans ce cas, elle se contracterait beaucoup plus avant d'allumer ses réactions nucléaires. La masse minimum pour former une telle étoile serait aussi un peu plus haute que pour allumer l'hélium : il faut que les conditions au (ou près du) centre de l'étoile soient suffisantes pour allumer l'hélium, et c'est un peu plus contraignant que pour l'hydrogène.

[papy-alain]

Ce qui me paraît bizarre dans le scénario de formation du système solaire, c'est que la nébuleuse dont nous sommes issus provient certainement de l'explosion d'une étoile extrêmement massive, puisqu'on trouve même de l'uranium sur terre, et que malgré cela il subsistait encore autant d'hydrogène dans le nuage expulsé par cette supernova. Cela signifie donc que cette étoile n'a fusionné qu'une toute petite proportion de son hydrogène, alors même qu'elle était déjà en train de fabriquer de l'uranium. Ce n'est pas curieux, cela ?

[Calvert]

Au moment de l'explosion de la supernova, la composition de la matière éjectée directement de l'étoile est très fortement différente de la composition "standard". Pour les supernovae de type Ib ou Ic, par exemple, il n'y a pas d'hydrogène. Pas ou peu d'hélium. Beaucoup de carbone et d'oxygène (plusieurs masses solaires). Des éléments plus lourds, en moindre proportion.

Ce qu'il faut bien comprendre, c'est que les générations suivantes d'étoiles ne se forment pas du matériel brut de la SN. Cette matière se mélange avec la matière interstellaire, dans de très grandes proportions.

Notons encore que certaines anomalies de composition chimique (les "CEMPS" (Carbon enhanced, metal poor stars), ou les "CRUMPS" (Carbon rich, ultra metal poor stars)) pourraient s'expliquer par une formation à partir de matériel issu de SN peu dilué.

[papy-alain]

C'est toujours un plaisir de recevoir des réponses rapides, claires et précises.
Merci beaucoup.

[Geb]

Ce qui me paraît bizarre dans le scénario de formation du système solaire, c'est que la nébuleuse dont nous sommes issus provient certainement de l'explosion d'une étoile extrêmement massive, puisqu'on trouve même de l'uranium sur terre, et que malgré cela il subsistait encore autant d'hydrogène dans le nuage expulsé par cette supernova.

La présence d'hydrogène dans l'Univers précède la formation des premières étoiles. La nébuleuse primitive (c'est ainsi que l'on nomme le lieu de formation du Soleil) était donc un nuage moléculaire, principalement constitué d'hydrogène et dans lequel des étoiles massives se sont formés.

Pour mieux comprendre, je te propose de (re)lire ces articles de Futura-Sciences :

Une nouvelle théorie pour expliquer la formation du Système Solaire

Le système solaire est né dans la tourmente

Un Little Bang est bien à l'origine du système solaire

Cordialement

[Geb]

Je voudrais attirer votre attention sur le dernier article mis en lien dans mon message précédent :

Un Little Bang est bien à l'origine du système solaire

Il y est écrit ceci :

Dans tous les modèles examinés sur ordinateur par les chercheurs, l’onde de choc heurte un nuage de la masse du Soleil, composé de poussières, d'eau, de monoxyde de carbone et d'hydrogène moléculaire. Les températures peuvent atteindre 1.000 K et grâce à l’introduction d’un nouveau mécanisme de refroidissement, le nuage peut s’effondrer. Environ 100.000 années plus tard la nébuleuse protosolaire est devenue 1.000 fois plus dense qu'auparavant, et après 160.000 ans, un protosoleil est là, au cœur d’un nuage devenu un million de fois plus dense.

Le "nuage de la masse du Soleil" dont il est question est le fameux cocon préstellaire dont je parlais auparavant, au 2^e message de cette discussion. Ces petits marrants d'anglo-saxons utilisent le terme de Evaporating Gaseous Globule (EGG).

Une image vaut parfois mieux qu'un long discours, voilà donc à quoi ressemble ces cocons préstellaires. Il s'agit des petites "boursouflures" visibles sur les "bords" de l'un des Piliers de la Création de la Nébuleuse de l'Aigle, sur l'image en pièce jointe.

Cordialement