les nébuleuses

[axandre]

Bonjour je suis nouveau sur le forum. Je suis passionné d'astrophysique depuis tout petit, je me suis lance dans l'élaboration d'un dossier sur la vie d'une étoile mais je rencontre quelques difficultés sur les nébuleuses. J'ai beaucoup cherche mais jai lu tellement de chose qu'à la fin tout est confus...
Par exemple, j'ai lu qu'une nébuleuse diffuse peut etre une nébuleuse par émission ou par réflexion, mais une nébuleuse planétaire est une nébuleuse par émission mais n'est pas une nébuleuse diffuse ?
En faite je crois que j'ai du mal a classer tout ca et a définir exactement ce qu'est une nébuleuse " diffuse ". Est ce un type de nébuleuse qui emet juste de la lumiere ?( dans ce cas la nébuleuse planétaire serait une nébuleuse diffuse ) Ou est ce un objet a part entière ? J'ai lu aussi qu'elles etaient les premieres nébuleuses datant de 300 000 ans après le big bang.
Je pense que dans mon dossier, il est mieux de classer les nébuleuses selon leur "rôle" (forme des étoiles ou en sont les vestiges) et donc je crois que les seules qui sont a l'origine de la formation des étoiles sont les nébuleuses diffuses c'est bien ca ?
voila je crois avoir un peu prés résume mon problème qui tourne principalement autour de la fameuse nébuleuse diffuse, merci d'avance !
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[Gilgamesh]

Bonjour, et bienvenu sur Futura


Nébuleuse diffuse (par émission ou réflexion de la lumière) ou obscure (par absorption de la lumière) sont des caractéristiques optiques des nébuleuses. Elles ne présagent pas a priori de leur statut dans le cursus stellaire, qui va de la naissance à a mort des étoile. Les nébuleuses diffuses sont des sources de lumières, les nébuleuses obscures se distinguent en négatif sur le fond étoilé ou celui d'une nébuleuse diffuse.


Nuages moléculaires, nébuleuses planétaires, rémanents de supernova sont des caractéristiques organiques des nébuleuses. Elles caractérisent leur mode de formation.

Les nuages moléculaires sont de vaste complexe de gaz et de poussière à base température au sein desquels se forme les étoiles. Vaste c'est à dire supérieur à une centaine d'années lumière de diamètre. Tout part d'eux. La présence de poussière opacifie le milieu, c'est l'origine des nébuleuses obscures. La présence d'étoiles nouvellement formées, particulièrement celle d'étoiles massives déversant un flot intense de lumière riche en UV illumine la galaxie. Lorsque la lumière émise rencontre une zone poussiéreuse celle ci agit comme un mur qui réfléchie la lumière comme ça se passe usuellement autours de nous. Le spectre de la lumière réfléchie est un spectre continue identique au premier ordre à celui de l'étoile (moins l'absorption dans divers longueur d'onde). Lorsque la lumière excite des atomes à une longueur d'onde spécifique, ceux ci ré-émettent l'énergie absorbée à une longueur d'onde spécifique et on a un spectre de raie en émission, caractéristique de l'élement chimique (H, C, O, N...) à un niveau d'ionisation donnée. Les grande région en émission avec leur de couleur rosée caractéristique de l'hydrogène ionisé, sont visible de très loin et on les nomme régions HII. Elles forment des poches d'hydrogène ionisé (HII) dans un vaste complexe d'hydrogène moléculaire (H2).

En résumé : nuage moléculaire = nébuleuse obscures + localement nébuleuses en réflexion et en émission (HII)


Les nébuleuse planétaires sont ce qui reste des étoile de faible masse (<8 masses solaires) lorsqu'elles se transforment en naine blanche. Cette dernière à une température de surface très élevée (~ 100 000 K) et émet un flux intense d'ultra violet. Ces dernier excitent les atomes de la coquille de gaz soufflée par l'étoile dans les stades antérieur et tu a ainsi une nébuleuse diffuse par émission, avec souvent un magnifique patchwork de couleur du aux différentes espèces chimiques présentes.

Les rémanents de supernova sont ce qui reste des étoiles massives (>8 masses solaires) après leur explosion. Le milieu est ultra-chaud (~ 10 MK) et bordé par une onde de choc, et là encore les différents éléments chimiques de l'enveloppes, excité par la température du milieu émette un spectre bigarré, c'est aussi une nébuleuse par émission.

[axandre]

Merci d'avoir répondu aussi vite. Donc si diffuse n'est qu'une caractéristique optique, une nébuleuse planétaire est donc une nébuleuse diffuse egalement ?
Un nuage moleculaire est donc une nébuleuse qui contient de h2 cest bien ca ? comme les regions HII qui contiennent de l'hydrogene.
Est ce que vous pourriez m'expliquer un ordre de grandeur ? Je m'embrouille et melange tout pourtant je ne crois pas que ce soit si compliqué que ca
Merci de votre aide meme si je crois etre un peu long a la detente, mais j'aime vraiment tout ca et j'essaye vraiment de bien comprendre.

[axandre]

La premiere partie de mon plan était :Ⅰ. La naissance d'une étoile.
1. Les nébuleuses.
1.1 Les nébuleuses diffuses
1.2 Les rémanents de SP
1.2 Les nébuleuses planetaires.
2. Formation d'une étoile.
2.1 Les nuages moléculaires.
2.2 Les protoétoiles.
2.3 Limite de masse.
2.3.1 Limite basse.
2.3.2 Limite haute.
3. Partie principale de la vie d'une étoile.
3.1 Une durée de vie selon sa masse.
3.2 Principale réaction chimique au cœur d'une étoile.
3.3 La structuration d'une étoile.

Auriez vous des suggestions ? Surtout pour les nébuleuses ahah

[A voir en vidéo sur Futura]

[Lansberg]

Merci d'avoir répondu aussi vite. Donc si diffuse n'est qu'une caractéristique optique, une nébuleuse planétaire est donc une nébuleuse diffuse egalement ?
Un nuage moleculaire est donc une nébuleuse qui contient de h2 cest bien ca ? comme les regions HII qui contiennent de l'hydrogene.
Est ce que vous pourriez m'expliquer un ordre de grandeur ? Je m'embrouille et melange tout pourtant je ne crois pas que ce soit si compliqué que ca
Merci de votre aide meme si je crois etre un peu long a la detente, mais j'aime vraiment tout ca et j'essaye vraiment de bien comprendre.

Pour faire le tri dans ces différentes nébuleuses on peut utiliser la classification suivante :
- Nébuleuses "pré-stellaires" = nébuleuses diffuses en émission ou réflexion + nébuleuses obscures. Ce sont de grands nuages de matière interstellaire dont font partie, entre autres, les régions HII. Les nuages moléculaires faits de gaz et de poussières peuvent atteindre des dizaines d'années lumière et avoir des masses de plusieurs millions de fois celle du soleil. Ils sont souvent associés aux régions HII (exemple : nébuleuse de l'Aigle). Il y a aussi des nuages diffus vus en absorption (spectre d'absorption) devant des étoiles et qui contiennent des atomes neutres ou ionisés et des molécules simples neutres ou ionisées.
- Nébuleuses "post-stellaires" = nébuleuses planétaires + rémanents de supernovae. Nébuleuses à émission.

[Gilgamesh]

Merci d'avoir répondu aussi vite. Donc si diffuse n'est qu'une caractéristique optique, une nébuleuse planétaire est donc une nébuleuse diffuse egalement ?

Oui

Un nuage moleculaire est donc une nébuleuse qui contient de h2 cest bien ca ? comme les regions HII qui contiennent de l'hydrogene.
Est ce que vous pourriez m'expliquer un ordre de grandeur ? Je m'embrouille et melange tout pourtant je ne crois pas que ce soit si compliqué que ca
Merci de votre aide meme si je crois etre un peu long a la detente, mais j'aime vraiment tout ca et j'essaye vraiment de bien comprendre.

Je reposte un petit topo plus détaillé là dessus.

Une galaxie au départ c'est du gaz. Ce gaz a une composition précise, celle résultant de la nucléosynthèse primordiale, soit en gros 3/4 d'Hydrogène et 1/4 d'Hélium-4 + un poil d'autres éléments légers (Hélium-3, Deutérium, Lithium-6 et 7, Béryllium-7). A l'issue de l'âge dit obscure (car dépourvu d'étoiles), environ 200 Ma après le début de l'expansion, ce gaz primordial, suffisamment refroidit, va s'effondrer de places en places pour former les premières étoiles (dite de Population III) et celles-ci, probablement très massives, vont rapidement exploser en supernovas en dispersant dans le milieu des éléments lourds, que l'on nomme collectivement "métaux" en astrophysique. Il y a là dedans de l'oxygène, du carbone, de l'azote, du silicium, du fer, etc. Ces éléments lourd vont se condenser en poussières.

Ces poussières sont des petites condensations oblongues de 1 à 2 microns formées d'un noyau réfractaire de métaux (Fe essentiellement) et de silicate (SiO4 et consorts) entourés d'une gangue de matériaux volatiles (H2O essentiellement + toutes les autres glaces planétaires : CO₂, CO, CH₄, NH₃...) sous forme de glace amorphe qui dissout une petite fraction de composés carbonés ('hydrocarbures').

Le point important est que ces poussières forment des "radiateurs" très efficaces, c'est à dire que lorsqu'elles sont heurtées par une molécule de gaz, le choc va être inélastique, cad que l'énergie va être absorbée par la montagne d'atomes disposés en réseau cristallin que constitue la poussière et, via les vibrations du réseau, être ré-émise dans l'infra-rouge. Un nuage poussiéreux va donc rayonner efficacement. De la sorte, il va se refroidir. Il se condense, ce qui améliore encore les processus radiatifs. Le gaz galactique pour l'essentiel est "tiède" (~ 10 000 K) c'est à dire grosso modo en équilibre thermique avec le rayonnement des étoiles. En devenant poussiéreux sa température peut être divisée par 1000 pour atteindre 10 K. A cette température, il devient localement instable, c'est à dire que sa pression, d'origine thermique, devient insuffisante pour contrer la force de gravité et il va précipiter pour former des étoiles, de toutes masses. Plus le milieu est froid, plus il peut former de petites étoiles. La petite fraction d'étoiles massives d'une génération (> 8 masses solaires) va finir sa brève existence en supernovas, ce qui va enrichir le milieu en "métaux" et in fine en poussières. Entre temps, la pouponnière vivement éclairée par les feux des étoiles massives va former ce qu'on appelle les régions HII (les petites tâches rosées qui parsèment les bras bleutés des galaxies spirales - cf. illustration). Par un effet de feed back positif la galaxie en gagnant en métallicité va devenir de plus en apte à transformer son gaz en étoiles, jusqu'à épuisement. A l'issue, elle quitte le rang des spirales pour devenir une galaxie elliptique, riche en métaux, peuplée d'étoiles de faibles masses (les étoiles massives vivent peu de temps), dépourvue de gaz et à la natalité stellaire éteinte.


Voilà en gros comment les nébuleuses HII "fonctionnent", dans la grande machine galactique. Mais il y a d'autres types compartiments gazeux, qui s'inscrivent tous dans ce schéma "écosystémique" des cycles de formations stellaires.

Si on détaille : les nuages denses, poussiéreux et froid où se forment les étoiles représentent à peine 2% du volume, mais près de 48% de la masse. Le reste, 98% du volume, est constitué par un milieu dilué, ionisé et chaud, voire très chaud.

Composition de l'atmosphère galactique

Dans les nuages :

Régions H2 (hydrogène moleculaire)
Temprature (K) : 15
Densité dans le plan galactique (atome/cm3) : 200
Epaisseur de la couche (parsecs) : 150
fraction volumique (%) : 0,1
fraction massique (%) : 18

Régions HI (hydrogène atomique) :
Temprature (K) : 120
Densité dans le plan galactique (atome/cm3) : 25
Epaisseur de la couche (parsecs) : 200
fraction volumique (%) : 2
fraction massique (%) : 30

Entre les nuages

Régions HI chaudes (hydrogène ionisé)
Temprature (K) : 8000
Densité dans le plan galactique (atome/cm3) : 0,3
Epaisseur de la couche (parsecs) : 1000
fraction volumique (%) : 35
fraction massique (%) : 30

Régions HII chaud (hydrogène ionisé)
Temprature (K) : 8000
Densité dans le plan galactique (atome/cm3) : 0,15
Epaisseur de la couche (parsecs) : 2000
fraction volumique (%) : 20
fraction massique (%) : 20

Ces deux milieux proche de 10000K sont entretenus par le rayonnement UV dur des jeunes étoiles massives. Ils pèsent sur les couches nuageuses situées plus en contrebas et contribuent à augmenter leur pression (ce qui joue sur la formation stellaire).

Région HII très chaud (hydrogène ionisé)
Équivalent au milieu coronal stellaire. Entretenu par le rayonnement dur des jeunes étoiles et par le gaz ultra chaud des supernovae qui forme des cheminées creusant l'atmosphère pour éclater à sa surface et retomber après refroidissement radiatif en fontaine de gaz sur le disque.
Température (K) : 1E6
Densité (atome/cm3) : 0,002
Épaisseur de la couche (parsecs) : 6000
fraction volumique (%) : 43
fraction massique (%) : 2

Le total de l'atmosphère représente 1/20e de la masse des étoiles. Une partie se forme en étoiles, partiellement restitué en fin de vie, une partie s'échappe à l'infini et alimente le milieu intergalactique, une partie provient de courants d'hydrogène intergalactiques ultra-purs qui tombent sur le disque (HVC high velocity cloud).

source : Ronald Reynolds, L'atmosphère galactique - PLS, fév-02



Tous ces compartiment sont à l'équilibre des pressions.

La pression d'un gaz c'est p = nkT
avec :
n la densité volumique de particules (atome ou molécule)
T la température
k la cte de Boltzmann.

Dire qu'il y a équilibre des pressions implique autrement dit que le produit nT est constant. Les régions très chaudes seront également très peu denses, et vice versa.

A ce schéma de base, il faut rajouter la pression hydrostatique : le gaz disposé sur le plancher galactique (la tranche de jambon froid au centre du sandwich tiède) supporte le poids des couches supérieures, ce qui le comprime et augmente sa densité (donc sa améliore les processus radiatifs, ce qui le refroidit, etc).

[axandre]

Lansberg, si l'on classe les nébuleuses pré-stellaire ou post-stellaire, tu as dis que pré-stellaire=nébuleuse diffusé
Les nébuleuses diffuses contiennent par exemple aussi les nébuleuses planétaires puisqu'elles sont en émissions et tu les classes dans le domaine post-stellaire ( évidement ) ?

[axandre]

Merci gilgamesh pour la réponse à ma question et ce petit topo ☺️

[Lansberg]

Lansberg, si l'on classe les nébuleuses pré-stellaire ou post-stellaire, tu as dis que pré-stellaire=nébuleuse diffusé
Les nébuleuses diffuses contiennent par exemple aussi les nébuleuses planétaires puisqu'elles sont en émissions et tu les classes dans le domaine post-stellaire ( évidement ) ?

On a pour habitude de séparer les nébuleuses diffuses (nuages de gaz et poussières de grandes étendues) dans lesquelles peuvent apparaître de nouvelles étoiles et les nébuleuses planétaires ("cadavres" d'étoiles). Qu'elles soient toutes deux à émission importe peu.

[axandre]

D'accord, dans ce cas une nébuleuse dite diffuse n'est plus vraiment une caractéristique optique mais un objet en tant que tel non ?

[axandre]

en faite je m'embrouille pcq d'un côté nous avons une nébuleuse diffusé qui un nuage de gaz et de poussière de grande étendu, et de l'autre diffusé qui est une caractéristique optique qui prend en compte donc les nébuleuses planétaires, rémanents de sp etc...

[Lansberg]

Le terme nébuleuse diffuse est très ancien et regroupait tous les objets qu'on ne pouvait pas résoudre en étoiles et qui apparaissaient comme des taches blanchâtres plus ou moins bien définies . Une galaxie était une nébuleuse diffuse, de même qu'un amas globulaire ou une nébuleuse planétaire. Il faut attendre la fin du 18ème siècle pour qu'on puisse résoudre certaines nébuleuses en étoiles et qu'on va appeler nébuleuses résolubles, les autres conservant le terme diffus (les nébuleuses planétaires en font partie).
Aujourd'hui quand on parle de nébuleuse diffuse on fait référence aux objets cités dans les précédents messages et on les distingue des nébuleuses planétaires (qui ont toutefois un aspect diffus !).

[axandre]

D'accord ca paraît déjà bcp plus claire merci !

[axandre]

Donc un plan comme :
1 les nébuleuses pre stellaire
1.1 les nébuleuses diffuses
1.2 les nébuleuses obscures
2 les nébuleuses post stellaire
2.1 rémanent de SP
2.2 les nébuleuses planétaires
Serait convenable ? Il y a aussi les bulles de wolf-rayet ?

[Lansberg]

Pourquoi pas.
Les étoiles de Wolf-rayet ne sont que des étoiles très massives peu nombreuses dans la galaxie. La "nébuleuse" qui les entoure n'est que la matière de l'étoile soufflée par un puissant vent stellaire et ionisée par le rayonnement UV de l'étoile.

[axandre]

Dans ce cas je me tiens a ce plan et laisse les bulles de wolf-rayet de cote pour le moment.
J'aimerai revenir sur les régions HII, sont-elles dans les nébuleuses diffuses ? et les nuages moléculaires, sont-ils dans les nébuleuses diffuses également ?
Car selon mon plan il faut que dans ma partie sur les nébuleuses diffuses je parle des regions HII je crois ?

[Lansberg]

Les régions HII sont constituées d'atomes d'hydrogène ionisé. Cette ionisation est due au rayonnement ultraviolet produit par des étoiles très chaudes en surface. On va donc trouver les régions HII associées aux nébuleuses diffuses (comme la nébuleuse d'Orion) mais aussi aux nuages moléculaires (comme les "piliers" de la nébuleuse de l'Aigle).
On peut avoir une nébuleuse diffuse dans un vaste nuage moléculaire sombre ( c'est le cas de la nébuleuse d'Orion).

[Gilgamesh]

Un nuage moléculaire c'est un jeu d'ombre et de lumière. Il comprend à la fois des parties qui masquent la lumière et d'autres qui en émettent.

Bon de toute façon tu ne peux pas faire un exposé sur les nébuleuses sans mentionner les HII, qui forment des objets astrophysiques de première importance, fondamentaux dans la dynamique stellaire et visibles de très loin. Elles peuvent servir d'indicateur de distance pour des galaxies lointaines. Comme mentionné, leur présence indique la formations actuelle d'étoiles. Ce sont les principales nébuleuses en émission, dû à la présence d'étoiles O ou B (massives, jeunes et chaudes, au spectre riches en UV). Une nébuleuse de Wolf–Rayet c'est un cas particulier de région HII.