Qu'est-ce qui fait d'une étoile une supergéante rouge?

Les supergéantes rouges sont parmi les plus grandes étoiles du ciel. Ils ne commencent pas de cette façon, mais à mesure que différents types d'étoiles vieillissent, ils subissent des changements qui les rendent grandes… et rouges. Tout cela fait partie de la vie des étoiles et de la mort des étoiles. 

Définition des supergéantes rouges 

Lorsque les astronomes regardent les plus grandes étoiles (en volume) de l'univers, ils voient un grand nombre de supergéantes rouges. Cependant, ces géants ne sont pas nécessairement - et presque jamais - les plus grandes étoiles en masse. Il s'avère qu'ils sont un stade avancé de l'existence d'une star et qu'ils ne disparaissent pas toujours tranquillement. 

Création d'une supergéante rouge

Comment se forment les supergéantes rouges? Pour comprendre ce qu'elles sont, il est important de savoir comment les étoiles changent au fil du temps. Les étoiles passent par des étapes spécifiques tout au long de leur vie. Les changements qu'ils subissent sont appelés «évolution stellaire». Cela commence par la formation d'étoiles et un jeune capot des étoiles. Après leur naissance dans un nuage de gaz et de poussière, puis la combustion de l'hydrogène dans leurs noyaux, les étoiles vivent généralement sur ce que les astronomes appellent la "séquence principale". Pendant cette période, ils sont en équilibre hydrostatique. Cela signifie que la fusion nucléaire dans leurs noyaux (où ils fusionnent l'hydrogène pour créer de l'hélium) fournit suffisamment d'énergie et de pression pour empêcher le poids de leurs couches externes de s'effondrer vers l'intérieur.

Quand les étoiles massives deviennent des supergéantes rouges

Une étoile de grande masse (plusieurs fois plus massive que le Soleil) passe par un processus similaire, mais légèrement différent. Il change plus radicalement que ses frères et sœurs semblables au soleil et devient une supergéante rouge. En raison de sa masse plus élevée, lorsque le cœur s'effondre après la phase de combustion de l'hydrogène, la température rapidement augmentée entraîne très rapidement la fusion de l'hélium. Le taux de fusion de l'hélium passe en overdrive, et cela déstabilise l'étoile.

Une énorme quantité d'énergie pousse les couches externes de l'étoile vers l'extérieur et elle se transforme en une supergéante rouge. À ce stade, la force gravitationnelle de l'étoile est à nouveau équilibrée par l'immense pression de rayonnement vers l'extérieur causée par la fusion intense de l'hélium qui a lieu dans le noyau.

L'étoile qui se transforme en supergéante rouge le fait à un prix. Il perd un grand pourcentage de sa masse dans l'espace. En conséquence, bien que les supergéantes rouges soient considérées comme les plus grandes étoiles de l'univers, elles ne sont pas les plus massives car elles perdent de la masse en vieillissant, même lorsqu'elles se développent vers l'extérieur.

Propriétés des supergiants rouges

Les supergéantes rouges sont rouges en raison de leurs basses températures de surface. Ils vont d'environ 3 500 à 4 500 Kelvin. Selon la loi de Wien, la couleur à laquelle une étoile rayonne le plus fortement est directement liée à sa température de surface. Ainsi, alors que leurs noyaux sont extrêmement chauds, l'énergie se propage à l'intérieur et à la surface de l'étoile et plus il y a de surface, plus elle peut refroidir rapidement. Un bon exemple d'une supergéante rouge est l'étoile Bételgeuse, dans la constellation d'Orion.

La plupart des étoiles de ce type ont entre 200 et 800 fois le rayon de notre Soleil. Les étoiles les plus grandes de notre galaxie, toutes supergéantes rouges, ont environ 1 500 fois la taille de notre étoile d'origine. En raison de leur taille et de leur masse immenses, ces étoiles nécessitent une quantité incroyable d'énergie pour les soutenir et empêcher l'effondrement gravitationnel. En conséquence, ils brûlent très rapidement leur combustible nucléaire et la plupart ne vivent que quelques dizaines de millions d'années (leur âge dépend de leur masse réelle).

Autres types de supergéants

Alors que les supergéantes rouges sont les plus grands types d'étoiles, il existe d'autres types d'étoiles supergéantes. En fait, il est courant que les étoiles de masse élevée, une fois que leur processus de fusion dépasse l'hydrogène, oscillent d'avant en arrière entre différentes formes de supergéantes. Plus précisément, devenir des supergéantes jaunes sur le chemin de devenir des supergéantes bleues et vice versa.

Hypergiantes

Les étoiles les plus massives supergéantes sont connues sous le nom d'hypergiantes. Cependant, ces étoiles ont une définition très lâche, ce sont généralement des étoiles supergéantes rouges (ou parfois bleues) qui sont de l'ordre le plus élevé: les plus massives et les plus grandes.

La mort d'une étoile supergéante rouge

Une étoile de très grande masse oscillera entre différents étages supergéants en fusionnant des éléments de plus en plus lourds en son cœur. À terme, il épuisera tout son combustible nucléaire qui fait tourner l'étoile. Lorsque cela se produit, la gravité l'emporte. À ce stade, le noyau est principalement du fer (qui prend plus d'énergie pour fusionner que l'étoile) et le noyau ne peut plus supporter la pression de rayonnement vers l'extérieur, et il commence à s'effondrer.

La cascade d'événements qui en résulte conduit finalement à un événement de supernova de type II. Laissé derrière sera le cœur de l'étoile, après avoir été comprimé en raison de l'immense pression gravitationnelle dans une étoile à neutrons; ou dans le cas des étoiles les plus massives, un trou noir est créé.

Comment évoluent les étoiles de type solaire

Les gens veulent toujours savoir si le Soleil deviendra une supergéante rouge. Pour les étoiles de la taille du Soleil (ou plus petites), la réponse est non. Ils passent par une phase de géant rouge, cependant, et cela semble assez familier. Quand ils commencent à manquer de carburant hydrogène, leurs noyaux commencent à s'effondrer. Cela augmente considérablement la température du cœur, ce qui signifie qu'il y a plus d'énergie générée pour s'échapper du cœur. Ce processus pousse la partie extérieure de l'étoile vers l'extérieur, formant une géante rouge. À ce stade, une étoile aurait quitté la séquence principale. 

L'étoile se coince avec le noyau de plus en plus chaud, et finalement, elle commence à fusionner l'hélium en carbone et en oxygène. Pendant tout ce temps, l'étoile perd de la masse. Il gonfle des couches de son atmosphère extérieure dans des nuages ​​qui entourent l'étoile. Finalement, ce qui reste de l'étoile se rétrécit pour devenir une naine blanche qui refroidit lentement. Le nuage de matière qui l'entoure est appelé «nébuleuse planétaire» et il se dissipe progressivement. C'est une "mort" beaucoup plus douce que les étoiles massives décrites ci-dessus quand elles explosent en supernovae. 

Sous la direction de Carolyn Collins Petersen.