Étoiles, galaxies et échelles astronomiques

Une étoile est un astre lumineux formé d'un immense nuage de gaz et de poussières, principalement composé d'hydrogène (75%) et d'hélium (24%).

Elle émet de la lumière et de la chaleur par des réactions de fusion nucléaire qui se produisent dans son cœur.

La fusion nucléaire est le processus par lequel les noyaux d'hydrogène se combinent pour former de l'hélium, libérant une immense quantité d'énergie.

4 noyaux d'hydrogène → 1 noyau d'hélium + 2 positrons + 2 neutrinos + énergie

Cette réaction se produit sous l'effet de la gravité et des températures extrêmement élevées (15 millions de degrés).

Étoile de faible masse (comme le Soleil) :

• Nébuleuse → Proto-étoile → Étoile de la séquence principale → Géante rouge → Nébuleuse planétaire → Naine blanche

Étoile de forte masse (plus de 8 fois la masse du Soleil) :

• Nébuleuse → Proto-étoile → Étoile de la séquence principale → Supergéante → Supernova → Étoile à neutrons ou Trou noir

La séquence principale est la phase où l'étoile fusionne l'hydrogène en hélium dans son cœur.

Cette phase peut durer des millions à des milliards d'années selon la masse de l'étoile.

Le Soleil est actuellement dans cette phase depuis 4,6 milliards d'années et y restera encore 5 milliards d'années.

Une galaxie est un ensemble d'étoiles, de gaz, de poussières cosmiques, de matière noire et de trous noirs, liés gravitationnellement.

Elle peut contenir de quelques millions à plusieurs billions d'étoiles.

La Voie Lactée, notre galaxie, contient environ 200 milliards d'étoiles.

Galaxies spirales (comme la Voie Lactée) :

• Bras spiraux enroulés autour d'un bulbe central
• Régions de formation stellaire active
• Contiennent du gaz et de la poussière

Galaxies elliptiques :

• Forme ovale ou sphérique
• Peu de formation stellaire
• Majoritairement composées d'étoiles anciennes

Galaxies irrégulières :

• Aucune structure définie
• Formes aléatoires
• Beaucoup de formation stellaire

Unité astronomique (UA) :

• Distance Terre-Soleil = 149 597 870,7 km
• Utilisée pour mesurer les distances dans le système solaire

Année-lumière :

• Distance parcourue par la lumière en une année
• 1 année-lumière ≈ 9 460 milliards de km
• Utilisée pour les distances interstellaires

Parsec (pc) :

• 1 pc ≈ 3,26 années-lumière
• Utilisé en astronomie professionnelle

Terre-Lune : 384 400 km (1,28 secondes-lumière)

Terre-Soleil : 1 UA (8 minutes-lumière)

Voie Lactée : 100 000 années-lumière de diamètre

Voisin le plus proche (Proxima Centauri) : 4,24 années-lumière

Galaxie d'Andromède : 2,5 millions d'années-lumière

Planètes → Systèmes planétaires → Étoiles → Systèmes stellaires → Galaxies → Groupes de galaxies → Amas de galaxies → Superamas → Filaments galactiques

Chaque échelle est des milliers ou millions de fois plus grande que la précédente.

L'Univers présente une structure en toile d'araignée :

• Des filaments de galaxies séparés par des vides cosmiques
• Des noeuds où se forment des amas de galaxies
• Des structures de plus en plus grandes à mesure qu'on observe plus loin

Cette structure est le résultat de l'action de la gravité sur la matière.

1 année-lumière = 9,46 × 10¹² km

50 années-lumière = 50 × 9,46 × 10¹² = 4,73 × 10¹⁴ km

L'étoile est située à environ 473 billions de kilomètres de la Terre.

Une étoile géante rouge est dans la phase finale de sa vie, après avoir épuisé l'hydrogène de son cœur.

Cette phase suit la séquence principale. L'étoile a commencé à fusionner l'hélium en éléments plus lourds.

Elle est en phase de dilatation et de refroidissement de sa surface.

Étoile individuelle → Système stellaire → Galaxie d'Andromède → Groupe local de galaxies → Univers observable

L'étoile fait partie de la galaxie d'Andromède, située à environ 2,5 millions d'années-lumière de la Voie Lactée.

La Voie Lactée a un diamètre d'environ 100 000 années-lumière.

L'étoile est située à 50 années-lumière de la Terre, ce qui est très proche à l'échelle galactique.

Elle est donc à l'intérieur de la galaxie d'Andromède, à une distance négligeable par rapport à la taille de la galaxie.

Les étoiles se forment à partir de nuages moléculaires froids composés de gaz et de poussières.

Des perturbations gravitationnelles (ondes de choc de supernovae, collisions de nuages) déclenchent l'effondrement gravitationnel.

Le nuage se fragmente en régions plus denses appelées cocons protostellaires.

1. Effondrement gravitationnel : Le nuage s'effondre sous son propre poids.

2. Formation d'une proto-étoile : La matière s'accumule au centre.

3. Accrétion : La proto-étoile continue de capturer de la matière.

4. Ignition de la fusion : La température et la pression atteignent le seuil pour la fusion de l'hydrogène.

5. Étoile de la séquence principale : L'équilibre hydrostatique est atteint.

1. Une étoile géante : environ 100 millions de km de diamètre (négligeable en années-lumière)
2. Le système solaire : environ 100 UA (0,0016 années-lumière)
3. Un nuage moléculaire : de 10 à 100 années-lumière
4. La Voie Lactée : environ 100 000 années-lumière
5. La galaxie d'Andromède : environ 220 000 années-lumière
6. Un amas de galaxies : plusieurs millions d'années-lumière

Les étoiles se forment dans les nuages moléculaires.

Les étoiles sont regroupées dans des systèmes stellaires.

Les systèmes stellaires forment des galaxies (comme la Voie Lactée).

Les galaxies sont regroupées en groupes et amas de galaxies.

Les amas forment des superamas et des filaments galactiques.

Cette structure hiérarchique est le résultat de l'action de la gravité sur la matière.

• Sphères de gaz en équilibre gravité/pression de radiation
• Fusion de l'hydrogène en hélium dans le cœur
• Différentes phases de vie selon la masse
• Naissance dans les nuages moléculaires

• Ensembles d'étoiles, de gaz et de matière noire
• Spirales, elliptiques, irrégulières
• Liées gravitationnellement
• Centaines de milliards d'étoiles

• UA pour le système solaire
• Années-lumière pour les distances interstellaires
• Parsecs pour l'astronomie professionnelle
• Hiérarchie cosmique : planètes → étoiles → galaxies → amas → superamas