Astronomie

La description précédente de l’évolution stellaire est basée sur des calculs. Cependant, aucune étoile ne termine sa durée de vie dans la séquence principale ou son évolution vers une géante rouge assez rapidement pour que nous puissions observer ces changements structurels au fur et à mesure qu’ils se produisent. Heureusement, la nature nous a fourni un moyen indirect de tester nos calculs.

Au lieu d’observer l’évolution d’une seule étoile, nous pouvons regarder un groupe ou un amas d’étoiles. Nous recherchons un groupe d’étoiles très proches les unes des autres dans l’espace, maintenues ensemble par la gravité, se déplaçant souvent autour d’un centre commun. Ensuite, il est raisonnable de supposer que les étoiles individuelles du groupe se sont toutes formées presque au même moment, à partir du même nuage et avec la même composition. Nous nous attendons à ce que ces étoiles ne diffèrent que par leur masse. Et leurs masses déterminent à quelle vitesse elles traversent chaque étape de leur vie.

Comme les étoiles de masse supérieure évoluent plus rapidement, on peut trouver des amas dans lesquels des étoiles massives ont déjà terminé leur phase d’évolution de la séquence principale et deviennent des géantes rouges, tandis que des étoiles de masse inférieure dans le même amas sont toujours sur la séquence principale, ou même – si l’amas est très jeune — en cours de contraction gravitationnelle pré—séquence principale. Nous pouvons voir de nombreuses étapes de l’évolution stellaire parmi les membres d’un seul amas, et nous pouvons voir si nos modèles peuvent expliquer pourquoi les diagrammes H–R des amas d’âges différents ressemblent à ce qu’ils font.

Les trois principaux types d’amas découverts par les astronomes sont les amas globulaires, les amas ouverts et les associations stellaires. Leurs propriétés sont résumées dans le tableau 1. Comme nous le verrons dans la section suivante de ce chapitre, les amas globulaires ne contiennent que de très vieilles étoiles, alors que les amas ouverts et les associations contiennent de jeunes étoiles.

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Tableau 1. Caractéristiques des Amas d’étoiles
Caractéristique	Amas Globulaires	Amas ouverts	Associations
Nombre dans la galaxie	150	Milliers	Milliers
Emplacement dans la galaxie	Halo et renflement central	Disque (et bras spiraux)	Bras spiraux
Diamètre (en années-lumière)	50-450	<30	100-500
Masse MSun	104-106	102-103	102-103
Nombre d’étoiles	104-106	50-1000	102-104
Couleur des étoiles les plus brillantes	Rouge	Rouge ou bleu	Bleu
Luminosité de la grappe (LSun)	104-106	102-106	104-107
Âges typiques	Milliards d’années	Quelques centaines de millions d’années à, dans le cas de grappes inhabituellement grandes, plus d’un milliard d’années	Jusqu’à environ 107 ans

Amas globulaires

Les amas globulaires ont reçu ce nom parce qu’ils sont des systèmes ronds presque symétriques de, typiquement, des centaines de milliers d’étoiles. L’amas globulaire le plus massif de notre propre galaxie est Omega Centauri, qui se trouve à environ 16 000 années-lumière et contient plusieurs millions d’étoiles (Figure 1). Notez que les étoiles les plus brillantes de cet amas, qui sont des géantes rouges qui ont déjà terminé la phase de la séquence principale de leur évolution, sont de couleur rouge-orange. Ces étoiles ont des températures de surface typiques autour de 4000 K. Comme nous le verrons, les amas globulaires sont parmi les parties les plus anciennes de notre Galaxie de la Voie Lactée.

Qu’est-ce que ce serait de vivre à l’intérieur d’un amas globulaire ? Dans les régions centrales denses, les étoiles seraient environ un million de fois plus proches les unes des autres que dans notre propre quartier. Si la Terre orbitait autour d’une des étoiles internes d’un amas globulaire, les étoiles les plus proches seraient à des mois-lumière, et non à des années-lumière. Ils apparaîtraient toujours comme des points de lumière, mais seraient plus brillants que toutes les étoiles que nous voyons dans notre propre ciel. La Voie lactée serait probablement difficile à voir à travers la brume brillante de lumière stellaire produite par l’amas.

Environ 150 amas globulaires sont connus dans notre Galaxie. La plupart d’entre elles se trouvent dans un halo sphérique (ou nuage) entourant le disque plat formé par la majorité des étoiles de notre Galaxie. Tous les amas globulaires sont très éloignés du Soleil, et certains se trouvent à des distances de 60 000 années-lumière ou plus du disque principal de la Voie lactée. Les diamètres des amas d’étoiles globulaires vont de 50 années-lumière à plus de 450 années-lumière.

Amas ouverts

Les amas ouverts se trouvent dans le disque de la Galaxie. Ils ont une gamme d’âges, certains aussi vieux que, ou même plus vieux que, notre Soleil. Les amas ouverts les plus jeunes sont toujours associés à la matière interstellaire à partir de laquelle ils se sont formés. Les amas ouverts sont plus petits que les amas globulaires, ayant généralement un diamètre inférieur à 30 années-lumière, et ils ne contiennent généralement que plusieurs dizaines à plusieurs centaines d’étoiles (Figure 2). Les étoiles des amas ouverts semblent généralement bien séparées les unes des autres, même dans les régions centrales, ce qui explique pourquoi elles sont appelées « ouvertes. »Notre Galaxie contient des milliers d’amas ouverts, mais nous ne pouvons en voir qu’une petite fraction. La poussière interstellaire, qui est également concentrée dans le disque, atténue tellement la lumière des amas plus éloignés qu’ils sont indétectables.

Bien que les étoiles individuelles d’un amas ouvert puissent survivre pendant des milliards d’années, elles ne restent généralement ensemble que quelques millions d’années, ou tout au plus quelques centaines de millions d’années. Il y a plusieurs raisons à cela. Dans les petits amas ouverts, la vitesse moyenne des étoiles membres de l’amas peut être supérieure à la vitesse d’échappement de l’amas, et les étoiles vont progressivement « s’évaporer” de l’amas. Les rencontres rapprochées d’étoiles membres peuvent également augmenter la vitesse de l’un des membres au-delà de la vitesse d’échappement. Tous les quelques centaines de millions d’années environ, l’amas peut rencontrer de près un nuage moléculaire géant, et la force gravitationnelle exercée par le nuage peut déchirer l’amas.

Plusieurs amas ouverts sont visibles à l’œil nu. La plus célèbre d’entre elles est la Pléiade (voir Figure 5 dans Poussière cosmique), qui apparaît comme un petit groupe de six étoiles (certaines personnes peuvent en voir encore plus de six, et les Pléiades sont parfois appelées les Sept Sœurs). Cet amas est disposé comme une petite cuillère à tremper et se voit dans la constellation du Taureau, le taureau. Une bonne paire de jumelles montre des dizaines d’étoiles dans l’amas, et un télescope en révèle des centaines. (Une société automobile, Subaru, tire son nom du terme japonais pour ce groupe; vous pouvez voir le groupe d’étoiles sur le logo Subaru.)

Les Hyades sont un autre amas ouvert célèbre du Taureau. À l’œil nu, il apparaît comme un groupe en forme de V d’étoiles faibles marquant la face du taureau. Les télescopes montrent que Hyades contient en réalité plus de 200 étoiles.

Associations stellaires

Une association est un groupe d’étoiles extrêmement jeunes, contenant généralement de 5 à 50 étoiles O et B chaudes et brillantes dispersées sur une région de l’espace de quelque 100 à 500 années-lumière de diamètre. Par exemple, la plupart des étoiles de la constellation d’Orion forment l’une des associations stellaires les plus proches. Les associations contiennent également des centaines à des milliers d’étoiles de faible masse, mais celles-ci sont beaucoup plus faibles et moins visibles. La présence d’étoiles très chaudes et lumineuses indique que la formation d’étoiles dans l’association s’est produite au cours des derniers millions d’années environ. Puisque les étoiles O traversent toute leur vie en seulement environ un million d’années, elles ne seraient pas encore là à moins que la formation d’étoiles ne se soit produite récemment. Il n’est donc pas surprenant que des associations se retrouvent dans des régions riches en gaz et poussières nécessaires à la formation de nouvelles étoiles. C’est comme un tout nouveau bâtiment encore entouré de certains des matériaux de construction utilisés pour le construire et avec le paysage montrant encore des signes de construction. D’autre part, parce que les associations, comme les amas ouverts ordinaires, se trouvent dans des régions occupées par de la matière interstellaire poussiéreuse, beaucoup sont cachées à notre vue.

Glossaire

association: un groupe lâche de jeunes étoiles dont les types spectraux, les mouvements et les positions dans le ciel indiquent une origine commune

amas globulaires: l’un des environ 150 grands amas d’étoiles sphériques (chacun comptant des centaines de milliers d’étoiles) qui forment un système d’amas au centre de notre Galaxie

amas ouverts: un amas relativement lâche d’étoiles, contenant de quelques dizaines à quelques milliers de membres, situé dans les bras spiraux ou le disque de notre Galaxie; parfois appelé amas galactique