Les étoiles ont un cycle de vie qui s'étend de quelques millions à quelques billions d'années. Elles naissent, subissent des transformations au fil du temps et finissent par mourir lorsque leur combustible est épuisé, se transformant en un corps résiduel très dense. Cette étoile éteinte peut être une naine blanche , une étoile à neutrons ou un trou noir , selon sa masse initiale.
La vie d'une étoile commence dans les vastes nuages interstellaires de gaz et de poussière de la galaxie , où les gaz s'agglomèrent en zones de basse température et de forte densité. Ces amas s'enrichissent progressivement en matière et grossissent. À un certain stade, ils s'effondrent sous l'effet de la force gravitationnelle. La friction lors de cet effondrement réchauffe la matière et une jeune étoile naît : c'est le stade de protoétoile dans le cycle de vie stellaire.
L'effondrement sous l'effet de la gravité se poursuit. Par conséquent, la température et la pression au cœur de l'étoile continuent d'augmenter. Après des millions d'années, ces températures et pressions deviennent suffisamment élevées pour permettre la fusion des noyaux d'hydrogène. La fusion nucléaire libère une quantité colossale d'énergie, chauffant la matière suffisamment pour empêcher tout effondrement supplémentaire. Cette phase, durant laquelle la fusion nucléaire est stable (et où l'énergie libérée chauffe suffisamment la matière pour empêcher l'effondrement gravitationnel), constitue la phase principale et la plus longue de la vie d'une étoile. Les étoiles à ce stade sont appelées « étoiles de la séquence principale » et cette phase, « séquence principale ». L'hydrogène est le principal carburant de l'étoile. La vitesse de consommation de ce carburant dépend de la masse de l'étoile. Une étoile massive consommera du carburant plus rapidement afin de libérer suffisamment d'énergie pour éviter son effondrement sous l'effet de la gravité.
Lorsque le combustible s'épuise, la fusion nucléaire cesse et, faute d'énergie pour chauffer la matière et compenser la force de gravité, le cœur s'effondre sous l'effet de cette dernière, ne laissant derrière lui qu'un résidu compact. C'est la fin de l'étoile. Selon sa masse initiale, l'étoile morte devient soit une naine blanche, soit une étoile à neutrons, soit un trou noir .
Lorsque la masse de l'étoile d'origine est inférieure à 8 fois la masse du Soleil (< 8 M⦿ ) , elle devient une naine blanche . L'étoile morte devient une étoile à neutrons lorsque sa masse est comprise entre 8 et 20 masses solaires (8 M⦿ < M < 20 M⦿ ) , tandis que les étoiles plus massives que 20 masses solaires (> 20 M⦿ ) deviennent des trous noirs lorsque leur combustible est épuisé.
Naines brunes (BD)
Les étoiles atteignent le stade de la fusion nucléaire ou le stade de la séquence principale au cours de leur cycle de vie. Que se passe-t-il si un objet céleste se forme comme une étoile mais n'atteint pas ce stade ?
Les naines brunes se forment initialement comme des étoiles, atteignent une densité suffisante pour s'effondrer sous l'effet de leur gravité, mais leur noyau ne devient jamais assez dense et chaud pour que la fusion nucléaire s'amorce ; elles ne deviennent donc jamais de véritables étoiles. Ces objets présentent des caractéristiques similaires à celles des étoiles et des planètes.
Les naines noires sont plus petites que les étoiles, mais beaucoup plus grandes que les planètes . Certaines, plus petites, ont une taille comparable à celle des planètes . La plus petite connue mesure environ sept fois la taille de Jupiter.
Les naines noires sont importantes pour le modèle de formation d'étoiles dans les nuages interstellaires de gaz et de poussière. Des tentatives sont en cours pour déterminer les plus petits corps qui se forment à la manière d'une étoile.
La plus petite naine brune
Récemment, des chercheurs ont scruté le centre de l'amas de formation d'étoiles IC 348, situé à environ 1 000 années-lumière de la Terre, grâce au télescope spatial James Webb (JWST) . À partir de données photométriques, l'équipe a identifié trois candidates naines noires. L'une d'elles, dont la masse n'est que trois à quatre fois celle de Jupiter, est la plus petite naine noire connue à ce jour.
Une naine noire dont la masse est trois fois supérieure à celle de Jupiter serait 300 fois plus petite que celle du Soleil. Il est difficile d’expliquer comment une si petite naine noire a pu se former à la manière d’une étoile, car un petit nuage interstellaire ne s’effondrerait normalement pas pour donner naissance à une naine noire en raison de sa faible gravité. Ainsi, une si petite naine noire constitue un défi pour les modèles actuels de formation d’étoiles.
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Références:
- Luhman KL, et al 2023. Une enquête JWST sur les naines brunes de masse planétaire dans IC 348. The Astronomical Journal, volume 167, numéro 1. Publié le 13 décembre 2023. DOI : https://doi.org/10.3847/1538-3881/ad00b7
- Webb de la NASA identifie la plus petite naine brune flottante. Publié le 13 décembre 2023. Disponible sur https://www.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-identifies-tiniest-free-floating-brown-dwarf/
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