Âges de l'Univers et de notre Soleil

[Nicophil]

Bonjour à tous,

Maintenant que j'ai compris la naissance et le cycle de vie des étoiles, je trouve l'Univers bien jeune par rapport à la durée de vie du Soleil ! Pas vous ?
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[invited27550eb]

Jeune par rapport au soleil et nous. Ce qui est surprenant c'est que nous soyons déjà là, au tout début de l'ère stellaire (qui pourrait durer 100 000 milliards d'années). C'est ce qui me laisse penser que la vie pourrait être banal dans l'univers (à grande échelle, d'espace et de temps, je ne veux pas dire qu'il soit facile de croiser les "autres").

[Deedee81]

Salut,

Maintenant que j'ai compris la naissance et le cycle de vie des étoiles, je trouve l'Univers bien jeune par rapport à la durée de vie du Soleil ! Pas vous ?

Ben, non. notre Soleil a environ 4,5 milliards d'années et l'univers 13,7. L'univers avait quand même déjà neuf milliards d'années lorsque notre Soleil s'est formé.

Que veux-tu dire ?

[Nicophil]

Certains atomes consistuants du Système ne peuvent être issus que de supernovaes.
Il est vrai que celles-ci sont "éphémères". Mais rares aussi !

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Certains atomes consistuants du Système ne peuvent être issus que de supernovaes.
Il est vrai que celles-ci sont "éphémères". Mais rares aussi !

En fait, on soupçonne que les supernovae étaient extrêmement fréquentes au départ.
Pour deux raisons, mais peut-être à préciser par un spécialiste :
- l'univers était plus dense et pauvre en étoile (donc plus de gaz disponible)
- l'absence d'éléments plus lourd que grosso modo le deutérium ou le lithium ("métallicité" très faible) retarde l'allumage des étoiles et donc la fragmentation du nuage, donnant des étoiles géantes et donc une flopée de badaboum quelques millions d'années après

Les étoiles de population deux sont donc apparues assez vite (avec cortège planétaire). Notre Soleil est "assez tardif" quand on regarde bien

[Gilgamesh]

Comme évoqué par Deedee, il y a un genre de boost de l'évolution chimique du jeune univers par le biais de l'IMF aka Initial Mass Function, cad la fonction qui donne la fréquence de formation d'une étoile de masse m à partir d'un nuage de masse M.

L'enrichissement chimique, c'est ce qu'on nomme métallicité, désignée usuellement par la lettre Z s'agissant d'une étoile (X : pourcentage de l'Hydrogène, Y : pourcentage de l'Hélium-4, Z : pourcentage de tout le reste : C, N, O, Si, Fe..., généralement estimé par le log décimal du ratio [Fe]/[H], ou [Mg]/[H] les crochets indiquant des mesures d'abondances relatives). Le Z solaire est d'environ 2%. De façon assez évidente on suppose que plus le Z du nuage protostellaire est élevé, plus il formera de planètes, géantes, glacées ou telluriques. Pour les telluriques, ça se passe de commentaire (elles sont exclusivement composées d'éléments lourds). Même chose pour les planètes glacées composée de glaces planétaires (style Uranus ou Neptune) et concernant les géantes gazeuses (style Jupiter ou Saturne) : elles ont beau être constituées très majoritairement d'H+He, l'effondrement gazeux qui leur donne naissance implique un noyau Si+Fe de masse conséquente (une quinzaine de masses terrestres) pour se produire, du moins dans le modèle de formation qui a la primeur actuellement (il existe des modèles à effondrement gazeux sphériques : les ou certaines géantes gazeuses se formeraient comme les étoiles par effondrement d'une masse de Jeans de gaz, nécessairement très froid pour former de si petites entités). Et donc, sans que ce soit complètement gravé dans le marbre on s'attend à ce que la première population d'étoile (Z=0) soit a-planétaire. Mais ça change dès la seconde génération et cette seconde génération est engendrée à la vitesse de l'éclair, car la première génération est formée de grosses baleines. Ces premières étoiles sont génériquement désignées comme de Population III, la I étant formée d'étoiles de type solaire à forte métallicité (2%), la II des survivantes parmi les étoiles de faibles métallicités log[Fe]/[H] ~ -3 à -6 et la III d'étoiles, toutes disparues, de métallicité strictement nulle. Les observer est un peu le Graal de l'astrophysique dans sa jonction avec la cosmologie. Pourquoi toutes disparues ? Parce que massives : la métallicité ne change pas les fondamentaux de l'évolution stellaire : plus on est gros, plus ça dure ce que durent les roses.

t ~ 10¹⁰(Mo/M)² ans

avec :
t le durée en années de la séquence principale (l'essentiel de la vie de l'étoile, où elle fusionne de l'H)
Mo la masse solaire 2.10³⁰ kg)
M la masse de l'étoile


Pour la PIII on propose des valeur de M allant de 200 à 1000 masses solaires ! C'est très élevé, actuellement dans l'univers l'IMF des étoile de population I et II va de 0,07 à 100. Et là, boum la valeur moyenne devient 2 à 10 fois la valeur extrémale haute ! Et donc cette génération doit être très fugace avec une séquence principale de quelques dizaines de millions d'années à peine. Quelques battements d'horloge à l'échelle cosmologique.

Pourquoi de si grosses baleines ? L'IMF est liée à la température du milieu gazeux, via la masse de Jeans. La masse de Jeans c'est la masse de gaz capable de s'effondrer d'un seul tenant sous l'effet de la gravité parce celle-ci dépasse la pression interne, directement liée sa température et à sa densité. Plus un milieu est généralement chaud plus la masse effondrée sera généralement grande, plus il est froid, plus on pourra former de petits astres par ce processus. On voit donc le schéma général : un milieu plus chaud forme des astres plus massifs. On sait que l'univers jeunes et plus chaud, on comprend donc que les premières étoiles soit plus massives. Mais à cet effet d'ensemble il faut rajouter l'effet de l'évolution chimique.


La métallicité implique la présence d'élémentd lourds (c'est une tautologie). La présence d'éléments lourds implique la formation d'éléments à haut point de vaporisation. Ce qu'on appelle... de la poussière. Le jeune univers est dépourvu de poussières. Or, les poussières ont un effet radiateur éminent. Ce qu'on appelle effet radiateur c'est leur capacité à refroidir le milieu. Directement parce qu'un photon qui frappe un grain de poussière la réchauffe. Mais vu que la masse d'une poussière est des centaines de milliards de fois plus grande que celle d'un atome et qu'elle est conductrice de chaleur du fait que les atomes sont jointif dans le réseau cristallin, l'énergie absorbée va faiblement les réchauffer et par contre l'émission d'un photon IR est quasiment certaine du fait précisément que le cristal transmet les vibrations. Tout photon qui rencontre une poussière est transformé en des milliers de photons d'énergie plus faible. L'interaction rayonnement-poussière est un formidablement entropique : un photon en donne mille, de plus faible énergie. Ensuite, par son effet masquant la poussière protège l'intérieur du nuage. Le gaz majoritaire (99% en masse) bien que très peu collisionnel donc peu émissif, peut de la sorte finir par atteindre des températures très basses. Enfin elle constitue un catalyseur de réactions chimiques permettant, quand la température est assez basse, de former de l'H2 (la molécule de di-hydrogène) à partir de H (l'atome d'hydrogène). Etant une molécule, l'H2 possède des raies de vibration de basse énergie que ne possède pas l'atome.

Sans poussière (Z=0), avec une température de rayonnement de fond un dizaine de fois supérieur à aujourd'hui (~20K) le jeune univers qui sort des Âges Obscures n'est pas très outillé pour diminuer la température du milieu gazeux. On pense que la formation de H2 par simple augmentation de la densité a pu toutefois constituer un genre d'effet radiateur permettant d'abaisser la température du gaz primordial. Ensuite on laisse tourner les modèles, et ont obtient de grosse baleines de métallicité nulle, ces fameuses PIII.

Etant très massives, elles vont former à la fin de leur brève existence de formidables supernovae, et donc disperser leur éléments lourds néo-formés dans l’environnement immédiat. Qui va a sont tour former des étoiles, cette fois ci de toutes tailles car le milieu est devenu poussiéreux donc entropique, impliquant des capacités à se refroidir très diversifié. En outre, la présence de poussières implique la formation de planètes. Tout aussi bien gazeuses que telluriques. Tout y est.

Conclusion : on peut tout à fait imaginer des observateurs conscients (à base de chimie du carbone en solution aqueuse) dès le premier milliard d'années.

[invited27550eb]

N'êtes vous pas troublés par le fait que la vie soit apparue si vite, par rapport à la durée potentielle de l'ère stellaire ? (apparue après moins de 0.0001% de sa durée estimée )
Attention, aucun sous-entendu théologique de ma part, mais ne peut-on pas en faire un argument soutenant la banalité de la vie dans l'univers ? Sous entendu : nous ne sommes probablement pas les 1er, ni les derniers, et la vie est même probablement présente dans les galaxies à côté (je ne m'avance pas sur la distance moyenne en espace et/ou temps entre 2 endroits habités).

[Deedee81]

Salut,

N'êtes vous pas troublés par le fait que la vie soit apparue si vite, par rapport à la durée potentielle de l'ère stellaire ? (apparue après moins de 0.0001% de sa durée estimée )
Attention, aucun sous-entendu théologique de ma part, mais ne peut-on pas en faire un argument soutenant la banalité de la vie dans l'univers ? Sous entendu : nous ne sommes probablement pas les 1er, ni les derniers, et la vie est même probablement présente dans les galaxies à côté (je ne m'avance pas sur la distance moyenne en espace et/ou temps entre 2 endroits habités).

Je ne sais pas comment tu calcules ton pourcentage. La date d'apparition est mal connue. Voir par exemple :
http://www.futura-sciences.com/magaz...-annees-14396/
Une origine il y a 3,5 milliards d'années est assez plausible (il faut en particulier tenir compte du fait que pendant l'hadéen la vie avait peut de chance d'apparaître, la surface a dû être stérilisée plusieurs fois par la chute de météorites).

Cela fait une apparition après un milliard d'années. Soit seulement après 10% de la durée de l'ère stellaire (quand le Soleil deviendra une géante rouge on sera archi grillé, à supposer qu'on ait survécu à l'effet de serre énorme d'ici environ un milliard d'années, et je ne parle pas de celui provoqué par l'homme).

Par contre, l'apparition reste clairement fort rapide (la transition au pluricellulaire et eucaryotes a été beaucoup plus difficile). Et on est certainement beaucoup à l'avoir remarqué. L'opinion la plus répandue est que "lorsque les bonnes conditions son présentes, la vie apparait" (la difficulté est de cerner clairement les "bonnes" conditions, tout ce qu'on peut lire sur le sujet reste fort spéculatif, à part probablement la présence de l'eau liquide).

[invited27550eb]

Deedee81, quand je parle d'ère stellaire, je ne parle pas de la durée de vie du soleil, je parle de l'ère de formation des étoiles : Dans les scenari prospectifs à long terme, j'ai lu plusieurs fois que dans 100 000 milliards d'années il n'y aurait plus d'étoiles. Mon 0.0001% est calculé à partir de ce chiffre, et d'une vie apparue sur terre après environ 1 milliards d'années (j'ai pu me tromper d'un zero ou deux après la virgule mais l'ordre de grandeur reste valable par rapport à mon questionnement).

[ansset]

je ne comprend pas tes pourcentages.
si tu parle d'ère stellaire, il faut revenir à l'age de notre soleil, pas de l'ensemble des étoiles dans l'univers, ni de son hypothétique fin.
soleil : environ 4 milliards d'années, celà relativise quand même tes calculs.

[yves95210]

ansset,

Je pense que Smithfr faisait référence à la chronologie évoquée dans ce message, et que l'idée sous-jacente, c'est que si la vie a pu apparaître en 1 milliard d'années dans notre système solaire, la probabilité est grande qu'elle apparaisse ailleurs dans l'espace et le temps durant la période où existeront encore des étoiles du même type (de l'ordre de 10¹⁴ ans si cette chronologie est correcte).

[Deedee81]

Ah oui, si on parle de la vie totale de l'ensemble des étoiles, là, c'est tout de suite plus impressionnant

Ceci dit, ça ne change pas beaucoup l'impression donnée plus haut de "la vie apparait facilement" (ce qui, attention, ne restera qu'une impression tant qu'on n'aura pas pu le vérifier).

[ansset]

d'accord avec vous deux !
on peut avoir un "sentiment" de probabilité et je partage celle qui a été évoquée.
ensuite, de manière formelle , il est impossible de faire des probas sur un cas qui aujourd'hui est unique d'un point de vue observable.

[invited27550eb]

Vous avez bien compris là où je voulais en venir. C'est troublant à mes yeux, même si pas très rationnel...

[Gilgamesh]

Vous avez bien compris là où je voulais en venir. C'est troublant à mes yeux, même si pas très rationnel...

La vie apparaît dès que l'univers produit du carbone et de l'oxygène sous forme d'éjectats.

Or C et O sont les deux atomes les plus abondant de l'univers, après H et He.

Il est donc logique que la vie apparaisse tôt : ses ingrédients se forment rapidement et en abondance.

[Nicophil]

En tout cas, merci Gilgamesh pour cette réponse roborative !

La vie apparaît dès que l'univers produit du carbone et de l'oxygène sous forme d'éjectats.

Il faut pas des acides aminés ??

[noir_ecaille]

On ne sait pas s'il est facile ou seulement factuelle pour le vivant, "d'apparaître".

On sait plutôt qu'une fois apparu, le phénomène est... vivace. Du vrai chiendent ! Ça n'implique pas qu'on en trouve "partout" partout. Ç'a la capacité de se répandre et d'évoluer

Bah ! Les recherches en prébiotiques avancent

Si ça se trouve, il faudrait tellement de conditions initiales particulières que l'évènement en deviendrait fortuit. Auquel cas, il va falloir chercher un bon p'tit moment avant de trouver une réelle jumelle à la Terre. Je pense d'ailleurs que ce n'est pas pour rien qu'on la recherche déjà, cette espérée jumelle...

[ansset]

après , celà devient intuitif.
par exemple, je ne connais pas sur terre de phénomène "unique" !
quel que soit le domaine .
l'unicité est pour moi de même ordre que la singularité absolue en physique, qui depasse mon sens de plausibilité;

[noir_ecaille]

Seulement les planètes qu'on découvre actuellement n'ont pas du tout l'air photocopiées sur la nôtre...

Y'a que les lois physiques qui ne changent pas. Par contre la composition, l'emplacement, et le reste...

[ansset]

Seulement les planètes qu'on découvre actuellement n'ont pas du tout l'air photocopiées sur la nôtre...
..

c'est un argument qu'on peut mettre dans les deux sens.
1) tous les sytèmes solaires sont différents.............donc impossible de savoir
2)tous les sytèmes solaires sont différents...............donc tous les shemas sont possibles !
et si un sheme est possible , alors il ne peut être exclus ailleurs

[noir_ecaille]

Je n'exclus pas la possibilité de vie ailleurs, j'exclus l'idée un peu absurde que la vie serait "obligatoire" -- idée qui ressemble plus à ce qu'on pourrait appeler (dés)espoir et qui ne repose sur rien à part la conviction, voire la croyance.

Quand on se penche sur le vivant, c'est quand même pas la même chose qu'un nuage, même si les phénomène qui siègent dans ce dernier peuvent être fort complexes. On ne peut pas appliquer de sélection darwinienne sur les nuages, leur délimitation est floue par effet de bord, un nuage ne s'ordonne pas intérieurement en déplaçant le désordre à l'extérieur de "lui", etc.

Par contre je pense qu'on trouve des nuages dès qu'on a des vents et des phénomènes météorologiques, mais prenant place sur une planète permettant/possédant une atmosphère assez dense pour que des gouttelettes s'y forment.

On a bien des planètes, parfois de tailles similaires, mais toutes n'ont pas de facto une atmosphère. Il y a aussi des planètes où il pleut des pierres -- tellement proches de leur étoile que certains minéraux sont vaporisés avant de se recondenser plus loin, là où la température le permet.


Le phénomène vivant n'est peut-être/probablement pas "obligatoire", ce qui autorise à imaginer ce que pourraient être d'autres formes de vie dans des conditions différentes

[Geb]

La vie apparaît dès que l'univers produit du carbone et de l'oxygène sous forme d'éjectats.

Or C et O sont les deux atomes les plus abondant de l'univers, après H et He.

Il est donc logique que la vie apparaisse tôt : ses ingrédients se forment rapidement et en abondance.

Dans un livre de David L. Heiserman intitulé : "Exploring Chemical Elements and Their Compounds" (publié en 1991), j'ai trouvé ces données sur l'abondance relative des éléments dans l'Univers actuel (je suppose que dans les faits, on mesure l'abondance relative dans le système solaire et on estime qu'elle est représentative pour l'Univers tout entier) :

Hydrogène : 40000
Hélium : 3100
Oxygène : 22
Ne : 8,6
Azote : 6,6
Carbone : 3,5
Silicium : 1

Autrement dit, selon cette échelle relative, l'abondance du silicium est par convention de 1 et l'hydrogène est 40000 fois plus abondant que le silicium.

L'ordre d'abondance (en masse) des éléments chez un être humain est : carbone, hydrogène, oxygène, azote (le fameux CHON).

Autrement dit, en passant de l'être humain aux formes de vie terrestres en général, on peut dire qu'elle est principalement constituée des 4 éléments les plus abondants dans l'Univers à l'exception des gaz rares dont la réactivité chimique est à ma connaissance nulle (en tout cas dans le cas de l'hélium et du néon).

Cela dit, on ne peut absolument rien en conclure sur l'apparition de la vie. Tout ce qu'on peut éventuellement conclure, c'est que la probabilité de l'émergence d'une forme de vie basée sur le carbone est plus importante que celle d'une forme de vie (pour l'instant tout à fait hypothétique) basée sur le silicium (si elle est effectivement possible).

Pour reprendre un exemple bien connu, contrairement à ce qu'on peut malheureusement lire dans la littérature scientifique, ce n'est pas parce qu'il y a probablement des acides aminés partout dans l'Univers que la vie peut apparaître "facilement" (autrement dit "tôt") partout dans l'Univers.

Cordialement.

[Nicophil]

Terre a été fécondée par des acides aminés qui lui préexistaient ?

[noir_ecaille]

"Fécondée", non.

Par contre, que des acides aminés aient atterri et atterrissent encore sur notre planète, c'est probable. Quant à leur devenir, plusieurs discipline et théories s'occupent du sujet -- dont la prébiotique par exemple.