Séquence principale - Définition et Explications

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Introduction

Le diagramme de Hertzsprung-Russell (En astronomie, le diagramme de Hertzsprung-Russell montre la relation entre la magnitude absolue et le type spectral d'étoiles. Il a été inventé autour de 1910 par Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell.) figure les étoiles. En abscisse, l'indice de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) (B-V) ; en ordonnée, la magnitude absolue (En astronomie, la magnitude absolue d'un objet céleste est la magnitude de cet objet s'il était placé à une distance de référence fixée à 10 parsecs (environ 32,6 années-lumière). Pour les objets du système solaire, la...). La séquence principale (La séquence principale est une bande continue et bien distincte d'étoiles qui apparaissent sur des diagrammes où l'abscisse est l'indice de...) se voit comme une bande diagonale (On appelle diagonale d'un polygone tout segment reliant deux sommets non consécutifs (non reliés par un côté). Un polygone à n côtés possède diagonales.) marquée allant du haut à gauche au bas à droite. Ce diagramme (Un diagramme est une représentation visuelle simplifiée et structurée des concepts, des idées, des constructions, des relations, des données statistiques, de l'anatomie etc. employé dans tous...) représente 22 000 étoiles du catalogue Hipparcos (Le catalogue Hipparcos est un catalogue d'étoiles résultant de la mission spatiale astrométrique Hipparcos diligentée par l'Agence spatiale européenne. Le satellite a fonctionné entre novembre 1989 et mars 1993 et a permis...), ainsi que 1 000 étoiles de faible luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) (naines rouges ou blanches) extraites du catalogue Gliese des étoiles proches.

La séquence principale est une bande continue et bien distincte d'étoiles qui apparaissent sur des diagrammes où l'abscisse est l'indice de couleur B-V , et l'ordonnée la luminosité, ou, en sens (SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence) est un projet scientifique qui a pour but l'extension radicale de l'espérance de vie humaine. Par une évolution progressive...) inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...), la magnitude absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol à...) des étoiles. Ces diagrammes couleur-luminosité sont connus sous le nom de diagramme de Hertzsprung-Russell, d'après leur co-inventeurs Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell. Les étoiles figurant dans cette bande sont connues sous le nom d’étoiles de la série principale, ou « étoiles naines »

Une fois qu'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) s'est formée, elle crée de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) dans son cœur chaud et dense, par fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées....) des noyaux d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) en noyaux d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau...). Pendant cette période de la vie (La vie est le nom donné :) de l'étoile, elle se trouve sur la séquence principale, à un point (Graphie) défini principalement par sa masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...), avec quelques corrections dues à sa composition chimique et autres. Toutes les étoiles de la séquence principale sont en équilibre hydrostatique, avec la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de l'énergie pour la production de chaleur ou de froid, et des transferts de chaleur suivant...) du cœur chaud qui équilibre la pression gravitationnelle des couches supérieures. Comme le taux de production d'énergie dans le cœur dépend fortement de la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie...) et de la pression, cet équilibre est stable.

On divise parfois la séquence principale en parties supérieure et inférieure, en fonction du mécanisme exact de la réaction de fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes...) nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) qui domine. Les étoiles au-dessous de 1,5 masses du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et composée...) (\scriptstyle 1,5\,M_\odot) fusionnent surtout les noyaux d'hydrogène par fusion directe et désintégration β des isotopes de l'hydrogène : deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 1 neutron. Son nombre de masse est 2.) et tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il possède 1 proton et 2 neutrons. Il a été mis en évidence en 1934, par Ernest Rutherford, dans la réaction nucléaire...) (chaîne pp). Au-dessus de cette masse, la température centrale devient suffisante pour permettre la fusion de protons avec des noyaux de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.) (C), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique diazote N2, constituant majoritaire de...) (N) et oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.) (O), et une chaîne (Le mot chaîne peut avoir plusieurs significations :) utilisant ces noyaux comme intermédiaires, restitués après la production d'un noyau d'hélium se met en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.). C'est le cycle CNO, qui dépasse rapidement en importance la chaîne pp.

L'énergie engendrée au cœur chemine vers la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique,...), et est rayonnée à partir de la photosphère (La photosphère est la couche de gaz qui constitue la surface visible du Soleil.). Entre le cœur et la photosphère, deux modes de propagation sont possibles : la conduction ou la convection (La convection est un mode de transfert d'énergie qui implique un déplacement de matière dans le milieu, par opposition à la conduction thermique ou diffusion de la matière. La matière est...), cette dernière survenant dans les régions de plus haut gradient de température, et/ou de plus haute opacité (L'opacité est l'inverse de la transparence. Qui s'oppose au passage de la lumière.).

Les étoiles de la séquence principale de plus de \scriptstyle 10\, M_\odot présentent de la convection près du cœur, ce qui dilue l'hélium nouvellement formé, et maintient la proportion de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la chaleur : la combustion.) nécessaire à la fusion. Quand la convection au cœur n'a pas lieu, le cœur s'enrichit en hélium, entouré de couches riches en hydrogène. Pour les étoiles de masse plus faible, ce cœur convectif devient progressivement plus petit, et disparaît pour environ \scriptstyle 2\, M_\odot. En-dessous, les étoiles sont conductives près du cœur, mais convectives près de la surface. En faisant encore décroître la masse, on arrive à des étoiles sur la séquence principale dont l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de la masse est convective.

En général, plus l'étoile est massive (Le mot massif peut être employé comme :), plus son temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de vie sur la séquence principale est court. Quand tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le combustible hydrogène du cœur a été consommé, l'étoile évolue en s'écartant de la séquence principale sur le diagramme HR. Le comportement d'une étoile dépend alors de sa masse : les étoiles de moins de \scriptstyle 0,23\, M_\odot deviennent des naines blanches, tandis que celles ayant jusqu'à \scriptstyle 10\,M_\odot passent par une étape de géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le diagramme de Hertzsprung-Russell, les géantes forment deux branches au-dessus de la...) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.). Les étoiles plus massives peuvent exploser en supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la...), ou s'effondrer directement dans un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de...).

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