Deux questions sur les étoiles

[raigo]

Salut à tous !

Je me pose deux question sur les étoiles :

Les étoiles ont une masse comprise entre environ 0,08 et 300 fois la masse du Soleil, soit (très) près de 2.1030 kilogrammes (2 milliards de milliards de milliards de tonnes). En dessous de la masse minimale, l’échauffement généré par la contraction gravitationnelle est insuffisant pour démarrer le cycle de réactions nucléaires : l’astre ainsi formé est une naine brune. Au-delà de la masse maximale, la force de gravité est insuffisante pour retenir toute la matière de l’étoile une fois les réactions nucléaires entamées. Jusqu'à peu, on pensait que la masse d'une étoile ne pouvait excéder 120 à 150 fois la masse solaire mais la récente découverte d'une étoile ayant une masse 320 fois supérieure à celle du Soleil a rendu cette hypothèse caduque1.

(Wikipedia)

1. Et donc, que se passe-t-il si l'étoile est trop massive ? Elle explose ? Comment s'appelle ce phénomène ?

2. D'après ce que j'ai lu, une étoile ne se crée qu'à partir d'une certaine quantité de matière. Je crois me souvenir que si Jupiter était 70 fois plus massive, des réactions thermonucléaires se seraient produites en son coeur et boum -> étoile. Mais cela arrive-t-il avec des objets telluriques ? Imaginons une planète semblable à la Terre mais beaucoup plus massive, à un tel point que sa masse serait suffisante pour que son coeur s'allume. Deviendrait-elle une étoile, et si oui de quel type ? Une étoile peut-elle se former à partir d'autre chose qu'un nuage de gaz ?
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[pun1sher]

Bonjour,

1. Et donc, que se passe-t-il si l'étoile est trop massive ? Elle explose ? Comment s'appelle ce phénomène ?

Si une étoile est très massive, la force de gravité n'est pas assez forte pour contrer la pression interne due aux réactions nucléaires. L'étoile va perdre énormément de masse a cause d'un très fort vent solaire. Il existe un type d'étoile très massive qui correspond a ces caractéristiques, il s'agit d'étoile de type Wolf-Rayet.

http://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89toile_Wolf-Rayet

2. D'après ce que j'ai lu, une étoile ne se crée qu'à partir d'une certaine quantité de matière. Je crois me souvenir que si Jupiter était 70 fois plus massive, des réactions thermonucléaires se seraient produites en son coeur et boum -> étoile. Mais cela arrive-t-il avec des objets telluriques ? Imaginons une planète semblable à la Terre mais beaucoup plus massive, à un tel point que sa masse serait suffisante pour que son coeur s'allume. Deviendrait-elle une étoile, et si oui de quel type ? Une étoile peut-elle se former à partir d'autre chose qu'un nuage de gaz ?

J'aurais tendance a penser intuitivement qu'une planète de type rocheuse ne peut regrouper suffisamment de matière pour être aussi grosse qu'une planète gazeuse. Mais surtout les réactions de fusion au coeur des étoiles sont des réaction de fusion de l'hydrogène, les planètes rocheuses étant composé d'élément beaucoup plus lourd, les réactions de fusions ne peuvent pas se déclencher. (Il me semble même que la nucléosynthèse stéllaire s'arrête au fer).

Un expert du domaine sera plus précis que moi

Cordialement.

[Calvert]

Salut !

Quelques précisions sur le point 1:

Si une étoile est très massive, la force de gravité n'est pas assez forte pour contrer la pression interne due aux réactions nucléaires. L'étoile va perdre énormément de masse a cause d'un très fort vent solaire. Il existe un type d'étoile très massive qui correspond a ces caractéristiques, il s'agit d'étoile de type Wolf-Rayet.

Aucun étoile ne naît comme Wolf-Rayet (WR), certaines le deviennent au cours de leur vie (même si la forte perte de masse des WR et les processus qui empêchent les étoiles très massives de se former sont un peu similaires).

Effectivement, les étoiles très massives sont extrêmement lumineuse (autour de 1 million de fois la luminosité du Soleil). Au-delà d'une certaine masse (la limite est mal connue), la pression de radiation de l'étoile dépasse sa "luminosité d'Eddington", qui est la luminosité à partir de laquelle la matière tombant sur l'étoile en formation est repoussée par la pression de radiation. L'étoile éjecte de la matière au lieu d'en accréter, ce qui limite la masse maximale à la formation.

[papy-alain]

Il me semble même que la nucléosynthèse stéllaire s'arrête au fer.
Un expert du domaine sera plus précis que moi

Je suis loin d'être un expert, mais il me semble que s'il y a de l'uranium sur la Terre, c'est parce qu'il a été "fabriqué" par une supernova, non ? Sinon, d'où viendrait il ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Calvert]

Je suis loin d'être un expert, mais il me semble que s'il y a de l'uranium sur la Terre, c'est parce qu'il a été "fabriqué" par une supernova, non ? Sinon, d'où viendrait il ?

Oui, mais les éléments produits durant l'explosion de la supernova ne font pas partie de ce qu'on appelle "la nucléosynthèse stellaire". La nucléosynthèse stellaire concerne les réactions exothermiques (qui produisent de l'énergie). Celles-ci s'arrêtent effectivement avec la transformation du Silicium 28 en Fer 56. Après, lors de l'explosion de la SN, toutes sortes d'autres réactions ont lieu, qui permettent d'aller au-delà du fer. Mais ces réactions sont endothermiques.

[papy-alain]

Oui, mais les éléments produits durant l'explosion de la supernova ne font pas partie de ce qu'on appelle "la nucléosynthèse stellaire". La nucléosynthèse stellaire concerne les réactions exothermiques (qui produisent de l'énergie). Celles-ci s'arrêtent effectivement avec la transformation du Silicium 28 en Fer 56. Après, lors de l'explosion de la SN, toutes sortes d'autres réactions ont lieu, qui permettent d'aller au-delà du fer. Mais ces réactions sont endothermiques.

Si je te comprends bien, tout ce qui est uranium, or, mercure, etc. ne sont synthétisés que par l'explosion finale ? C'est dû à la pression de l'explosion, ou à autre chose ?

[Calvert]

Si je te comprends bien, tout ce qui est uranium, or, mercure, etc. ne sont synthétisés que par l'explosion finale ?

Principalement, oui. Il est peut-être possible que certains éléments plus lourds que le fer se forment pendant la vie de l'étoile par capture de neutrons (mais sur des éléments plus lourd que le fer déjà présent dans l'étoile (au moment de sa formation)). Mais je ne suis pas certain, il faudrait vérifier.

C'est dû à la pression de l'explosion, ou à autre chose ?

Aux énormes température dans l'onde de choc qui se propage à travers l'étoile au moment de son explosion.

Voir : nucléosynthèse explosive (mais c'est succinct)

Ou : Supernova nucleosynthesis (en anglais), un poil moins succinct.

[raigo]

J'aurais tendance a penser intuitivement qu'une planète de type rocheuse ne peut regrouper suffisamment de matière pour être aussi grosse qu'une planète gazeuse

Mais pourquoi pas ? A-t-on déjà observé ou prédit l'existence de planètes telluriques supermassives ?

Mais surtout les réactions de fusion au coeur des étoiles sont des réaction de fusion de l'hydrogène, les planètes rocheuses étant composé d'élément beaucoup plus lourd, les réactions de fusions ne peuvent pas se déclencher. (Il me semble même que la nucléosynthèse stellaire s'arrête au fer).

Donc une planète supermassive (si elle existait) deviendrait directement un trou noir si elle gagnait suffisamment de masse, sans passer par la case étoile ?

[Gilgamesh]

Si je te comprends bien, tout ce qui est uranium, or, mercure, etc. ne sont synthétisés que par l'explosion finale ? C'est dû à la pression de l'explosion, ou à autre chose ?

Sur la nucléosynthèse explosive, j'avais fait un post de synthèse ici, également.

[pun1sher]

Donc une planète supermassive (si elle existait) deviendrait directement un trou noir si elle gagnait suffisamment de masse, sans passer par la case étoile ?

Je ne pense pas, car pour cela il faudrait que son rayon soit inférieur au rayon de Schwarzschild. Et cela ne peux se produire que si la matière est compacté, et je ne connais pas de processus qui pourrait compacté la matière d'une planète tellurique. La simple accrétion de matière rocheuse lors de la formation d'une planète ne suffit pas si grosse soit elle.
La force de cohésion des éléments qui la compose empêche qu'elle soit suffisamment compacte.

Cordialement.

[raigo]

Entre-temps j'ai trouvé un post qui évoque cette question.

Si j'ai bien compris : au-delà d'un certain seuil d'accrétion, une planète tellurique devient gazeuse car elle attire l'hydrogène et hélium environnant. Cela veut-il dire que toutes les planètes gazeuses sont en réalité telluriques, mais enrobées de gaz ? Car il me semble que celles de notre système solaire ont un noyau dur...

Je ne connais pas les mécanismes à l'origine de la formation des roches, mais la matière tellurique provient-elle d'éléments simples comme l'hydrogène ? Comment un "simple" nuage de gaz peut-il donner lieu à une telle diversité d'éléments que l'on connaît sur Terre ?

[pun1sher]

Si j'ai bien compris : au-delà d'un certain seuil d'accrétion, une planète tellurique devient gazeuse car elle attire l'hydrogène et hélium environnant. Cela veut-il dire que toutes les planètes gazeuses sont en réalité telluriques, mais enrobées de gaz ? Car il me semble que celles de notre système solaire ont un noyau dur...

Effectivement, les géantes gazeuses ont un noyau rocheux.. Ce que tu dis est correct. Cependant la masse volumique moyenne des planètes gazeuse est bien plus faible que celle des planètes telluriques.

Je ne connais pas les mécanismes à l'origine de la formation des roches, mais la matière tellurique provient-elle d'éléments simples comme l'hydrogène ? Comment un "simple" nuage de gaz peut-il donner lieu à une telle diversité d'éléments que l'on connaît sur Terre ?

Parce qu'il ne s'agit pas d'un "simple" nuage de gaz, ce nuage a été enrichi d'éléments lourds produit par de précédentes génération d'étoiles (nucléosynthèse stellaire et explosive). Ces éléments sont déja présents à la base dans le disque tournant autour de la jeune proto-étoile qu'était le soleil a sa formation.

On dit souvent que "Nous sommes de la poussière d'étoile", et bien les éléments qui compose notre système solaire ont été produit en parti par les précédente générations d'étoiles.

Cordialement.

[Mailou75]

Bonjour,

Oui, mais les éléments produits durant l'explosion de la supernova ne font pas partie de ce qu'on appelle "la nucléosynthèse stellaire". La nucléosynthèse stellaire concerne les réactions exothermiques (qui produisent de l'énergie). Celles-ci s'arrêtent effectivement avec la transformation du Silicium 28 en Fer 56. Après, lors de l'explosion de la SN, toutes sortes d'autres réactions ont lieu, qui permettent d'aller au-delà du fer. Mais ces réactions sont endothermiques.

Y a-t-il une explication "simple" au fait que la fusion au delà du fer soit endothermique ?

Merci
Mailou

[Calvert]

Y a-t-il une explication "simple" au fait que la fusion au delà du fer soit endothermique ?

L'explication tient dans le fait que le fer est l'atome le plus lié (voir cette figure). Du coup, il faut lui donner de l'énergie pour en faire autre chose. Maintenant, pourquoi c'est le fer qui est le plus lié... Il doit exister des explications de la physique nucléaire (modèle de la goutte, ...), mais cette question trouvera plus facilement des réponse en physique, je pense.

[raigo]

Parce qu'il ne s'agit pas d'un "simple" nuage de gaz, ce nuage a été enrichi d'éléments lourds produit par de précédentes génération d'étoiles (nucléosynthèse stellaire et explosive). Ces éléments sont déja présents à la base dans le disque tournant autour de la jeune proto-étoile qu'était le soleil a sa formation.

On dit souvent que "Nous sommes de la poussière d'étoile", et bien les éléments qui compose notre système solaire ont été produit en parti par les précédente générations d'étoiles.

Donc dans notre système solaire, tout ce qui n'est pas de l'hydrogène ou de l'hélium s'est créé lors de précédentes explosions d'étoiles ? Roche, métaux... ?

Je ne pense pas, car pour cela il faudrait que son rayon soit inférieur au rayon de Schwarzschild. Et cela ne peux se produire que si la matière est compacté, et je ne connais pas de processus qui pourrait compacté la matière d'une planète tellurique. La simple accrétion de matière rocheuse lors de la formation d'une planète ne suffit pas si grosse soit elle.
La force de cohésion des éléments qui la compose empêche qu'elle soit suffisamment compacte

Si je comprends bien, un objet tellurique plus massif qu'un trou noir peut exister, sans avoir les caractéristiques d'un trou noir ??

Et peut-on imaginer un disque protoplanétaire suffisamment abondant pour donner lieu à un tel objet ?

[Gloubiscrapule]

Plus massif qu'un trou noir ne veut rien dire, car un trou noir a n'importe quelle masse. Je peux etre plus massif qu'un trou noir, toi aussi, ou même ton chat!

[raigo]

A ce propos, l'article Wikipedia sur le disque protoplanétaire est très frustrant : ça commence bien, et puis plus rien, un seul paragraphe en tout et pour tout !

Allez, au boulot les spécialistes

[raigo]

Plus massif qu'un trou noir ne veut rien dire, car un trou noir a n'importe quelle masse. Je peux etre plus massif qu'un trou noir, toi aussi, ou même ton chat!

Pour mon chat c'est clair, il va falloir que je le mette aux croquettes light car il commence à aspirer toute la lumière environnante...

Mais blague à part, je croyais qu'il y avait un seuil de masse nécessaire, au-delà duquel l'objet devient un TN ? Ce n'est qu'une question de densité ? Si je pouvais contracter suffisamment 1 kg de matière, je créerais un TN ??

[Gloubiscrapule]

Ce qui compte c'est la compacité, c'est à dire la masse divisée par la taille. Pour être un trou noir il faut être assez massif dans une certaine taille.
A ne pas confondre avec la masse volumique qui est la masse divisée par la taille au cube.

Ainsi une planète constituée de roche, comme avec la Terre, avec une densité de 5000 kg/m³ peut être un trou noir si son rayon est plus grand que 180 millions de km, soit 1,2 unité astronomique en gros (soit une masse de 100millions de Soleil).
Par contre pour faire un trou noir de la masse de la Terre il faudra avoir une densité supérieure à 10³⁰ kg/m³.

[phys4]

Mais blague à part, je croyais qu'il y avait un seuil de masse nécessaire, au-delà duquel l'objet devient un TN ? Ce n'est qu'une question de densité ? Si je pouvais contracter suffisamment 1 kg de matière, je créerais un TN ??

Bonjour à vous, il y a deux aspects :
- la densité , elle autorise des TN de faible masse à densité élevée
- la masse totale, une masse de plus de 4 Soleils se contracte en TN si elle n'est pas assez chaude pour rester sous forme d'étoile brillante.
La température maintient la stabilité des étoiles géantes, pour un temps limité, en se refroidissant la pression leur fait atteindre une densité trop forte pour rester au stade matière solide.

[papy-alain]

Que se passerait-il si un minuscule TN, de quelques kgs, tombait sur la Terre ?

[Gloubiscrapule]

Avant qu'il ne s'évapore: rien. Il passerait à travers!

[raigo]

Que se passerait-il si un minuscule TN, de quelques kgs, tombait sur la Terre ?

Bonne question, j'ai très envie de connaître la réponse !

Mais ces petits trous noirs peuvent-ils exister dans la nature ? Je ne vois pas dans quelles conditions la matière pourrait se contracter sans l'influence gravitationnelle...

[raigo]

Avant qu'il ne s'évapore: rien. Il passerait à travers!

Ah bon mais pourquoi ? Instinctivement on pourrait croire qu'il va aspirer toute matière qu'il rencontre, avec un effet boule de neige, jusqu'à ce qu'il ait avalé la Terre entière

[Gloubiscrapule]

Instinctivement on pourrait croire qu'il va aspirer toute matière qu'il rencontre, avec un effet boule de neige, jusqu'à ce qu'il ait avalé la Terre entière

Instinctivement on a raison, il avelera toute la matière qu'il rencontre, mais il n'en rencontre pas c'est ça le problème. C'est comme si tu envoies un ballon de foot dans l'espace et que tu espères qu'il rencontre une étoile (en négligeant les effets gravitationnels). Tu as très très très peu de chances que la trajectoire rencontre une étoile. Ou c'est comme si tu lachait un grain de sable d'un avion et que tu espérais qu'il tombe sur des pièces d'un euro espacées tous les 100 km. Tu as très peu de chances que ça arrive!

[pun1sher]

Donc dans notre système solaire, tout ce qui n'est pas de l'hydrogène ou de l'hélium s'est créé lors de précédentes explosions d'étoiles ? Roche, métaux... ?

Oui à quelques éléments léger près (lesquel ? ...) En tout cas quasiment tous les éléments plus lourd que l'hydrogène ou l'hélium sont synthétisés dans le cœur des étoiles (jusqu'au fer) et dans les explosions de supernova (plus lourd que le fer). Il existe peut être d'autre processus mais je ne suis pas assez expert sur le domaine pour te les donner.

Au sujet des trous noirs, c'est la compacité qui compte. Tout objet peut devenir un trou noir si il est suffisamment compacté.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Rayon_de_Schwarzschild

Cordialement.

[phys4]

Que se passerait-il si un minuscule TN, de quelques kgs, tombait sur la Terre ?

Question difficile, un tel TN aurait un diamètre d'environ 10^-27 m, il peut donc passer à travers la matière sans interaction. Comme il est entouré d'un champ gravitationnel important, il peut aussi avoir une section efficace qui lui fera absorber quelques atomes au passage.

Problème, en absorbera t-il assez pour le ralentir et le faire rester à l'intérieur de la Terre ? Il faudrait faire le calcul en fonction de sa vitesse initiale.

[raigo]

Euh c'est pas un peu flippant ? Si on arrivait à créer ce TN en laboratoire, il ne risquerait pas de tout avaler à une vitesse exponentielle ??

[phys4]

Euh c'est pas un peu flippant ? Si on arrivait à créer ce TN en laboratoire, il ne risquerait pas de tout avaler à une vitesse exponentielle ??

Si l'on arrive à fabriquer un mini TN en laboratoire, il n'aura quelques kg mais quelques GeV soit par exemple 10 kg pour 100 GeV.

La durée de vie est trop courte pour avoir un effet. Il n'est pas sur qu'un tel TN existe car sa taille serait inférieure à la distance de Planck.

[Gloubiscrapule]

Il me semble que dans le pire des cas, si on créé un trou noir qui agit très fortement et dure assez longtemps, alors éventuellement au coeur d'une étoile à neutron il pourrait tout absorber. La densité au coeur d'une étoile à neutron c'est au moins 10¹⁵ g/cm^3, autant dire qu'on en est loin!