CHAPITRE X NAISSANCE D’UNE ETOILE

X.1. Lecture sur la naissance d’une Etoile.

Cher ami, lorsqu’à un enfant, on veut faire comprendre un concept, on lui raconte une histoire. C'est à travers les différentes péripéties de cette histoire, qu'on va lui faire comprendre bien des concepts autrement trop compliqués pour son âge. Les détails fins viendront plus tard lorsque l'intelligence de l'enfant sera développée si et seulement si, cette intelligence a la chance de se développer davantage un jour.

A l'intérieur d'un trou noir (1), il règne une température très élevée, une agitation qui dépasse tout notre entendement. A chaque seconde, il s'y forme un nombre incroyable de combinaisons de particules qui se font et se défont en raison des champs (2) magnétiques (3), des champs électriques (4) et des champs de forces mécaniques (5), sans oublier les champs nucléaires (6).

Certains de ces systèmes, extrêmement instables, se défont très rapidement. D'autres, en revanche, relativement stables, subsistent pendant un court instant. Ils peuvent, au cours d'un petit laps de temps, sortir du trou noir et se propulser à une très grande vitesse à l'instar d'un éclair. Ainsi, le système forcé explose car il est incapable de former un ensemble cohérent. C'est un essai rat, car un tel essai n'a "vécu" que pendant quelques fractions de seconde. D'autres essais sont également en cours de formation à l'intérieur de ce milieu, toujours, en plein bouillonnement.

Tout s'y passe à des vitesses si grandes que si, par miracle, tu pouvais y installer une caméra, projet totalement impensable, puisque l'électronique n'aime pas ce genre de chaleur intense de plusieurs millions de degrés centigrades. Pourtant, dans cet enfer constamment en bouillonnement et à des vitesses inimaginables, il s'y forme de temps en temps un système relativement stable pendant quelques poussières de seconde.

Ce système, parfois animé d'une vitesse de rotation correcte, se fait, oh merveilleuses lois du hasard, expulser du trou noir à une vitesse de plusieurs millions de kilomètre par seconde. Si et seulement si un observateur indépendant pouvait se trouver tout prêt de ce trou noir, que verrait-il ? Il verrait un éclair, c'est-à-dire, une lumière intense disparaissant, au loin, à peine sortie, l'objet se trouve déjà à des milliers de kilomètre.

Notre observateur n'a d'ailleurs pas le temps de regarder ce qui se passe car, dans la nature, il arrive parfois qu'on n'aime pas d'observateurs trop curieux. Aucun observateur ne peut, en effet, se trouver dans les environs d'un trou noir. Il se ferait instantanément happer vers l'intérieur de ce milieu infernal qui ne lui laisserait aucune chance de survie. Ainsi, il ne nous reste plus que les moyens de l'imagination humaine pour poursuivre cet objet que nous venons de voir sortir, presque à la vitesse d'un éclair.

C'est un objet approximativement sphérique. Un objet à l'intérieur duquel tout bouillonne à des vitesses folles et à des températures de plusieurs millions de degrés centigrades. Pourtant, à l'extérieur, il règne ce froid intersidéral, le froid qui règne un peu partout dans l'espace entre les étoiles. Cet espace nous l'appelons Cosmos. Nous ne pourrions y survivre toi et moi car, il y règne une température proche du zéro absolu (7).

Pour les physiciens, le zéro absolu, c'est autour de -273°C. C'est un froid tout à fait mortel. Pourtant, notre système fugitif, en fureur, est en train de traverser un milieu en croyant pouvoir se moquer des lois de la physique. Selon ces lois de la physique, un corps chaud, traversant un milieu froid, doit nécessairement perdre un peu de sa chaleur. Ce n'est pas tout car, notre bolide, fonçant dans la nuit noire de l'espace, rencontre, tout au long de son parcourt ultra rapide, d'innombrables grains de poussières, tous à la température du zéro absolu.

Ces grains de particules, en raison de la mystérieuse loi de la gravitation universelle, viennent, de toute part, entrer en collision avec le bolide qu'ils ne quittent plus jamais. Ce genre de collision, inélastique, est connue en Physique, sous le nom d'accrétion (8). Est-ce que ce mot est nouveau pour vous ? Pas du tout car, vous devrez penser au verbe accroître dont nous tirons le substantif accroissement. A ce mot, qui vous est certainement familier, il faut rapprocher un cousin, un peu lointain, à savoir, accrétion.

La masse du petit point qui vient de s'ajouter est de quelques milliardièmes de milligrammes. Ce n’est pratiquement rien du tout à côté de la masse du bolide devenu, désormais, vagabond de l'espace. Attention, dans la nature, tout fait nombre. C'est cela le merveilleux secret découvert presque à la même époque par les grands mathématiciens : Isaac Newton, Leibniz et Gottfried Wilhelm (le secret des infiniments petits).

Depuis que l'étrange sortie de trou noir a eu lieu, il s'est déjà écoulé plusieurs millions d'années. Le bolide va constater, enfin, qu'il n'est pas le seul corps dans cet espace immense. C'est ainsi qu'en passant à quelques millions de kilomètres d'une galaxie, il va subir une petite attraction qui va le dévier, quelque peu, de sa trajectoire. Ainsi, d'attraction en attraction, notre bolide subit des effets de freinage tant et si bien qu'un jour, l'étoile se fait capturer par un champ gravitationnel irrésistible. Adieu la course en solitaire car, désormais, le vagabond solitaire est réduit à décrire une trajectoire bien définie à l'intérieur de cette Galaxie qui vient de l'emprisonner. Dans le cas le plus simple, cette trajectoire va être une conique (9), c'est-à-dire, une ellipse (10), une hyperbole (11) ou une parabole (12).

Dans le premier cas, la trajectoire de notre ancien voyageur devient une ellipse. Était-ce, autre fois, le cas de notre Soleil ? Question difficile car, nous ne nous sommes pas suffisamment documentés en matière d'astronomie pour connaître le passé exact de notre Soleil. Toutefois, nous savons qu'au sein de la Galaxie Voie Lactée, le Soleil décrit une trajectoire elliptique. Il lui faut près de 200 millions d'années pour décrire un tour complet le long de sa trajectoire. Dans les autres cas (hyperbole et parabole), notre bolide finira, peut-être, par sortir de la Galaxie en reprenant, une fois de plus, son voyage de solitaire.

Au fait, qu'est-ce qui caractérise chacune des coniques ? Réponse : c'est l'énergie mécanique totale (E). Si E=0 (a), la trajectoire est une parabole. Si E<0 (b), la trajectoire est une ellipse. Dans ce cas notre bolide est condamné à s'émouvoir à l'intérieur de la Galaxie où il y a énormément d'espace, comme on va le voir ci-après. Enfin, si E<0 (c), la trajectoire est une hyperbole. Le bolide pourra continuer son chemin en sortant, un jour, de la Galaxie. Il atteindra même l'infini avec une énergie totale positive car, dans la plupart des cas, l'énergie totale est constante.

Ce qui distingue le cas (a) et (c) est le comportement à l'infini, c'est-à-dire, très loin de la Galaxie. Nous avons dit que dans le cas de la parabole, l'énergie totale est nulle.

Une énergie mécanique totale nulle, ne veut nullement dire état de repos. Cependant, une énergie totale négative correspond à une trajectoire elliptique. Dans ce cas, notre bolide est définitivement emprisonné à l'intérieur de la Galaxie. Même dans les deux autres cas, mouvement parabolique ou mouvement hyperbolique, il arrivera, il peut arriver un jour, que le bolide passe dans le voisinage d'un astre doté d'une masse importante (cas de l'étoile Sirius, pour fixer les idées). Sirius, à titre d'information, est l'étoile la plus grosse, visible à l'œil nu dans le Ciel Austral.

Si notre bolide, redevenu vagabond, venait à passer trop près de Sirius, par exemple, il peut lui arriver de subir un effet de freinage si important que cette-fois ci, le vagabond n'a plus aucun moyen de s'éloigner indéfiniment de Sirius car, lors du freinage, il a perdu trop d'énergie et son énergie totale est devenue négative.

Adieu le vagabondage car, notre messager venu de très loin, est réduit à décrire autour de Sirius une trajectoire elliptique.

Nous pensons que dans ce cas notre bolide, naguère en fuite, vient de terminer sa course en orbitant désormais autour d'une trajectoire précise qu'il ne quittera plus jamais sauf cataclysme extrêmement peu probable, mais jamais exclu.

Nous venons de décrire l'histoire d'une Odyssée au sein de notre Cosmos.

Ceux qui ont la passion pour la lecture, les romans scientifiques, peuvent chercher le nom de l'auteur de ce remarquable roman : "2001 l’Odyssée de l'espace" (Arthur C. Clarke). C'est un roman que nous avons lu il y a très longtemps. Un roman à vous couper le souffle. De plus, ce roman est écrit par un professionnel sachant de quoi il parle.

X.2. Mots difficiles

Trou noir

Un trou noir est une région de l'espace où la gravité est si intense que rien, pas même la lumière, ne peut échapper à son attraction.

Un champ :

Un champ en physique représente tout simplement une région de l’espace. Dans cette région de l’espace il y a certaines influences dues aux particules (élémentaires, extrêmement petites et de masses extrêmement faibles) en présence.

Champs magnétiques

Les champs magnétiques sont des régions de l’espace dans lesquelles une force magnétique agit sur des objets sensibles au magnétisme, tels que des aimants (éléments ferromagnétiques) ou des particules chargées en mouvement.

Champs électriques

Un champ électrique est une région de l’espace créée par la présence d’une charge électrique, dans laquelle tout autre charge subit une force électrique. Cette force est proportionnelle à l’intensité du champ et dépend de la polarité des charges.

Champs de forces mécaniques

Les champs de forces mécaniques décrivent les régions de l’espace dans lesquelles des forces agissent sur des objets, influençant leur mouvement, leur déformation, ou leur équilibre. Ces champs englobent différentes forces, telles que les forces gravitationnelles.

Champs nucléaires

Les champs nucléaires sont des régions de l'espace où s'exercent les forces agissant au niveau du noyau atomique. Ils englobent principalement deux types de forces (on dit aussi interactions) fondamentales : l’interaction forte et l’interaction faible. Ces forces, qui opèrent à des distances extrêmement courtes, jouent un rôle essentiel dans la cohésion et la stabilité des noyaux atomiques ainsi que dans certains processus de désintégration.

Zéro absolu

Le zéro absolu est la température théorique la plus basse possible, à laquelle les particules d’un système ont une énergie minimale et un mouvement quasiment nul. Il est fixé à 0 kelvin (K), soit −273 °C. Au zéro absolu, l’énergie cinétique des particules (atomes et molécules) atteint son minimum, ce qui correspond à l'absence totale de chaleur.

Bien qu'on ne puisse pas atteindre le zéro absolu en pratique, des laboratoires parviennent à s'en rapprocher de très près, permettant l’étude d’états exotiques de la matière, tels que le condensat de Bose-Einstein (12) et les supraconducteurs (état de la matière où la résistance est presque nulle).

Accrétion

L’accrétion est un processus au cours duquel de la matière s’accumule autour d'un objet massif sous l'effet de la gravité. Ce phénomène se produit lorsque des gaz, des poussières, ou des particules de matière sont attirés et capturés par un corps céleste, tel qu'une étoile, une planète, ou un trou noir. Au fur et à mesure que la matière spirale vers cet objet, elle forme souvent un disque d’accrétion, un disque plat et en rotation rapide autour de l'objet central.

Une conique

Une conique est une courbe obtenue par l'intersection d’un plan avec un cône. Elle inclut trois types principaux de courbes : ellipse, parabole, et hyperbole. Ces courbes sont souvent décrites par des équations mathématiques spécifiques et possèdent des propriétés géométriques et physiques intéressantes.

Une ellipse

Elle se forme lorsque le plan coupe le cône de manière à former une courbe fermée. Un cas particulier de l’ellipse est le cercle, lorsque le plan est perpendiculaire à l’axe du cône. Les orbites planétaires suivent généralement des trajectoires elliptiques.

Une hyperbole

Une hyperbole : elle se forme lorsque le plan coupe les deux nappes du cône, produisant deux branches ouvertes. Les trajectoires d’objets échappant définitivement à l’attraction gravitationnelle (comme certaines comètes) sont des hyperboles.

Une parabole

Une parabole est obtenue lorsque le plan est parallèle à une génératrice du cône, la parabole est une courbe ouverte utilisée pour décrire la trajectoire d’objets en chute libre sous l’effet de la gravité dans un champ uniforme.

Condensat de Bose-Einstein

Le condensat de Bose-Einstein (BEC) est un état de la matière obtenu lorsque des particules, comme certains atomes, sont refroidies à une température proche du zéro absolu. Dans cet état, les particules perdent leur énergie cinétique individuelle et se comportent collectivement comme une seule "super-particule". Cela signifie que les atomes dans un BEC occupent le même état et sont parfaitement cohérents, ce qui entraîne des propriétés uniques.