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Culture générale 2009-2010 - Collège Sainte Jeanne d’Arc - Tours 4–De l’univers à la Terre (II)– 1/9
Résumé du cours de la semaine dernière :
Il y aurait plusieurs centaines de milliards de galaxies dans l’univers…
Celle dans laquelle se trouve notre système solaire s’appelle la « Voie Lactée »Elle contient entre 200 et 400 milliards d’étoiles
L’astronome Hubble a prouvé l’existence des galaxies et en a décrit la « séquence »
La NASA a donné son nom à son télescope spatial
La Voie Lactée serait une galaxie à spirales, sans doute barrée
Nous sommes tous des poussières d’étoiles ! Car tous les noyaux des atomes qui nous constituent ont été engendrés au centre d’étoiles mortes il y a plusieurs milliards d’années…
Hubert Reeves
Quelques petites choses à savoir avant de commencer :
Toute matière est composée d’atomesUn cube de matière solide de 20 cm de côté contient un million de milliards d’atomes, soit autant de grains de sable que recèlent tous les océans du globe…
Le plus petit, le plus simple des atomes est l’atome d’hydrogèneChaque atome est composé d’un noyau (protons et neutrons )et d’un ou plusieurs électrons. L’atome d’hydrogène est composé d’un proton et d’un électron.
La fusion nucléaire, c’est quand les noyaux de deux atomes fusionnent et se transforment en autre chose.La fusion ne peut se faire qu’à très haute température. C’est ce qui se passe lors d’une explosion atomique.
Deux corps quelconques s’attirent avec une force proportionnelle à leur masse, c’est la gravitation (Newton)
II- Les étoiles, le soleil…
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Une étoile naît !
M42 n'est qu'à 1500 années lumière de nous.Un tel nuage est un site de formation d'étoiles
- Les étoiles naissent dans des nuages de gaz (hydrogène, essentiellement)
- L’hydrogène se comprime de plus en plus, on dit que le nuage « s’effondre »
- En règle générale, plusieurs proto-étoiles naissent dans un même nuage (le soleil, seule étoile du système solaire, est plutôt une exception)
- Plus le nuage s’effondre, plus la température monte… l’hydrogène est compressé, et la chaleur intense commence à provoquer des réactions de fusion nucléaire… On dit que l’étoile s’allume…
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La vie d’une étoile (1/2)- La durée de vie d’une étoile dépend de
sa masse initiale… plus elle est petite, plus elle vivra longtemps, plus elle est grosse moins elle vivra longtemps…
-Certaines étoiles n’atteignent pas une masse suffisante pour vivre (moins de 0,08 fois la masse du soleil). On parle alors de naines brunes.
- Les plus petites étoiles, sinon, sont les naines rouges (de 0,08 à 0,8 fois la masse du soleil). Ce sont les plus abondantes (elles représentent 8 étoiles sur 10 dans notre galaxie)
- Le soleil fait partie de la troisième catégorie, c’est une naine jaune.
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La vie d’une étoile (2/2)- Pendant sa vie, l’étoile est comme un
poumon: La gravitation la pousse à
« s’effondrer » : elle se rétracte (c’est une sorte d’inspiration). La température augmente et cela entraine des réactions de fusion thermo-nucléaire, dans son noyau. Ceci a tendance à la faire s’étirer (comme une sorte d’expiration)…
Tout cela s’équilibre pendant des milliards d’années.
-Son carburant, c’est l’hydrogène : les réactions de fusions thermo-nucléaires transforment l’hydrogène en hélium, et parfois l’hélium en atomes plus lourds (carbone, oxygène…).
-Cette activité nucléaire produit de la lumière et de la chaleur.
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Mais il arrive, à un moment, que l’hydrogène manque…
C’est la fin de l’étoile, elle commence à mourir…
Pour une naine rouge, cela prendra des centaines de milliards d’années.
Pour une naine jaune, moins longtemps (ce type d’étoile brûle ses réserves en une dizaine de milliards d’années) : il reste 5 milliards d’années à vivre au Soleil…
Certaines étoiles ne vivent que quelques millions d’années… Ce sont les plus grosses qui brûlent leur hydrogène trop vite.
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La Terre fait environ 12 000 km de diamètre
Jupiter est la plus grande planète du système solaire, elle est plus de 10 fois plus grande que la Terre.
Le Soleil, quant à lui…
Intermède
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La mort des étoiles (1/3)- Les naines rouges s’éteignent doucement…
- La fin des naines jaunes :- Lorsque l’hydrogène est épuisé, l’étoile n’a
plus que de l’hélium à utiliser… La fusion de l’hélium va contracter fortement le noyau de l’étoile tout en faisant « gonfler » les couches externes :
- La naine jaune devient géante rouge.- Les couches externes vont s’éloigner
progressivement (nébuleuse planétaire), ne laissant que le noyau qui devient, à ce moment là, une naine blanche
- Au bout d’une dizaine de milliards d’années, la naine blanche, refroidie, deviendra une naine noire. L’univers est trop jeune, (il n’a que 13,7 milliards d’années) pour qu’on puisse encore en observer.
Une géante rouge est bien plus grande que l’étoile dont elle est issue…
Image de Sirius B, une naine blanche, (le petit point à gauche, sous Sirius A) prise par le télescope Hubble.
Le contenu d’une cuillère de naine blanche pèse le poids d’un éléphant !
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La mort des étoiles (2/3) : le cas des grosses étoiles- Certaines étoiles sont bien plus grosses que le soleil, 100 fois plus… - Elles sont issues de naine jaune bien plus grosses que le Soleil. - Ces étoiles sont plus chaudes mais ont surtout la caractéristique de vivre bien moins
longtemps : elles consomment leur hydrogène très vite et leur masse, la chaleur qui règne dans leur noyau sont telles, que l’hélium, puis le carbone, l’oxygène… fusionnent à leur tour, créant des matériaux ferreux (fer, nickel, chrome)…
- La vie de ces étoiles s’achèvent dans une explosion cataclysmique : la supernova !
- Ces étoiles sont appelées - super-géantes rouges ou géantes bleues
Antarès est l’une des super -géantes rouges les plus connues
L’étoile Rigel est l’une des plus lumineuses que l’on peut voir, de la Terre…
La lumière de la supernova peut-être plus forte que la lumière provoquée par les centaines de milliards d’étoiles d’une galaxie !
La quasi-totalité de la matière qui constitue les planètes provient de ce que les supernovas ont pu rejeter dans l’espace. Dans notre galaxie elles sont rares…
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La mort des étoiles (3/3) : le cas des grosses étoiles (suite)- L’explosion de ces grosses étoiles est tellement énorme, que le noyau va se
contracter énormément, pendant celle-ci… - On observe, dans le cas des super-géantes rouges de curieuses étoiles : les
étoiles à neutrons . Pour les plus grosses super-géantes rouges et lorsqu’il s’agit de géantes bleues, l’effondrement est tellement intense que l’étoile « disparaît ». Cette contraction provoque l’apparition d’un trou noir.
Image d’une étoile à neutrons, prise par le téléscope Hubble
Les étoiles à neutrons sont des objets incroyablement lourds (ils pèsent plus lourd que le soleil alors que leur rayon est de 10 ou 20 km seulement)Ces objets tournent sur eux-même à grande vitesse.
Vue d’artiste, d’un trou noir
Lorsque la masse du noyau est trop forte, il se rétracte tellement que rien ne peut arrêter la gravité…L’étoile s’effondre et se transforme en trou noir.
La naissance des étoiles
La vie des étoiles La mort des étoiles
Les étoiles naissent dans les nuages d’hydrogène et de poussières.Par la force de la gravitation, leur noyau devient tellement lourd, la chaleur monte tellement haut que les premières réactions de fusion thermonucléaires se déclenchent.C’est l’allumage de l’étoile…Moins les étoiles sont grosses, plus elles « vivent » longtemps ». Plus elles sont grosses, moins elles vivent longtemps.
Durant leur vie, les étoiles « s’équilibrent », la gravitation les fait se « contracter » sans cesse, mais cela augmente la température du noyau, provoquant ainsi des explosions thermonucléaires qui dilatent l’astre.
Le combustible principal des étoiles est l’hydrogène. Les réactions de fusion nucléaire transforme l’hydrogène, progressivement en hélium. Le tout, se met à former des atomes de plus en plus lourds (carbone, oxygène… ) voire ferreux… Lorsque que le carburant s’épuise c’est la fin de l’étoile.Dans certains cas, la fin de vie d’une étoile est cataclysmique.
Les naines brunessont des étoiles mortes-nées
Les naines rougessont des étoiles de petites tailles, moins chaudes que le soleil. Elles représentent 80% des étoiles de la Voie Lactée.
Les naines jaunes(comme le soleil)Selon leur taille vivent moins longtemps, elles brûlent plus vite leur hydrogène.Lorsqu’elles n’ont plus de combustible, elles vont commencer à brûler leur hélium… Le noyau de ces étoiles va se contracter et les couches extérieures de l’étoiles vont « gonfler »
elles brûlent leur hydrogène pendant des centaines de milliards d’années.
Le soleil va se transformer en géante rouge, puis après une phase dite de « nébuleuse planétaire », il ne restera qu’une naine blanche jusqu’à ce que le cœur se refroidisse complètement. Il restera à ce moment là, une naine noire.
Lorsque la naine jaune d’origine est beaucoup plus grande, elle a tendance à brûler ses réserves plus vite et à se transformer en supergéante rouge ou en géante bleue. La plupart de ces étoiles disparait en quelques dizaines de millions d’années, souvent lors d’une explosion cataclysmique appelé supernova
Le noyau s’est tellement contracté qu’il reste de cette explosion un objet très petit pesant un poids immense, qu’on appelle une étoile à neutron.
Il arrive parfois que la gravité soit tellement forte, que plus aucune force ne peut lutter contre… le noyau de l’étole disparaît et devient un trou noir
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Lorsqu’une supernova explose, elle envoie dans l’espace toute la matière qui s’est constitué e en son sein, lors des réactions de fusion nucléaire… Les planètes sont issues de cette matière et chacun de nous est
constitué d’atomes qui ont vu le jour au cœur d’une de ces étoiles. C’est pour ça que , comme le dit Hubert Reeves, nous pouvons affirmer que nous sommes des poussières d’étoiles.