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NAISSANCE ET MORT DES ETOILES

L'été est une bonne saison pour visualiser une à une toutes les étapes de la vie d'une étoile comme notre Soleil. Pour une raison simple : c'est l'été que l'on voit le mieux notre galaxie, la Voie Lactée, et les 200 milliards d'étoiles qu'elle contient. Des étoiles jeunes, ou vieilles, des étoiles qui viennent de naître ou qui vont mourir, bref, tout un inventaire fantastique à la Jacques Prévert, que nous vous proposons de découvrir ce soir, une fois la nuit tombée. Commencez par placer la carte du ciel au-dessus de votre tête, orientée vers le Sud. Si vous tournez vos yeux en direction du Sud, vous apercevrez juste au-dessus de l'horizon une drôle de constellation en forme de théière : la constellation du Sagittaire. C'est dans cette constellation que nous allons commencer notre promenade, en y surprenant des étoiles au berceau.

La naissance des étoiles

C'est dans la direction de la constellation du Sagittaire que se trouve le centre de notre galaxie. D'où l'extraordinaire richesse de cette constellation en nébuleuses et en amas d'étoiles : Charles Messier y a répertorié 15 objets dans le fameux catalogue qu'il a établi au XVIIème siècle !!!

Le Sagittaire le 9 août à minuit dans le ciel de Toussaint

Malheureusement, en Normandie, cette constellation est toujours bas située sur l'horizon et les brumes de chaleur qui traînent durant l'été gênent parfois l'observation du Sagittaire. Mais si vous allez en vacances dans la moitié Sud de la France, vous allez vous goinfrer de beautés ! La longue pose photographique ci-dessous donne une bonne idée du fouillis d'étoiles, de nébuleuses que contient le centre de notre galaxie. Là-bas, le coeur de la Voie Lactée bat ...

Admirez la pollution lumineuse du Havre, à gauche, et le passage à droite d'un des nombreux avions qui zèbrent la nuit...

Pas d'affolement, nous allons vous aider à vous y retrouver, commencez par pointer vos jumelles sur le bec verseur de la théière, et remontez lentement vos jumelles vous montreront une première tache floue allongée, entourant quelques petites étoiles il s'agit de la belle nébuleuse de la Lagune. On ne sait pas très bien qui a découvert en premier la nébuleuse de la Lagune : John Flamsteed en 1680 ? Le Gentil en 1747 ? Toujours est-il que c'est en 1764 que Charles Messier décida de l'inclure dans son catalogue des objets flous du ciel, sous le label M8.

Le Sagittaire et la nébuleuse de la Lagune au-dessus de Toussaint - Photo Ph Ledoux - ASCT astronomie

La nébuleuse de la Lagune est en fait un immense nuage de gaz, d'environ 115 années-lumière de diamètre, qui est rendu luminescent par le rayonnement des nombreuses jeunes étoiles qu'il contient. Ces étoiles sont faciles à voir dans des jumelles. Si vous disposez d'un télescope ou d'une lunette astronomique, ne loupez pas le spectacle de cette pouponnière d'étoiles qu'est la nébuleuse de la Lagune !

La nébuleuse M8 vue dans un télescope - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Et dans un télescope professionnel, vous pourriez voir ceci :

Notre Soleil est né de la même manière, voici 5 milliards d'années, que les étoiles de la nébuleuse de la Lagune. La seule différence est que ces dernières sont beaucoup plus de jeunes : elles ont à peine 2 000 000 d'années. Que s'est-il passé à cette lointaine époque ?
Il était une fois, il y a longtemps, longtemps, très longtemps, il y a des milliards d'années ... il était une fois une gigantesque bulle de plusieurs années-lumières de diamètre, composée de gaz extrêment ténu. Un atome d'hydrogène par-ci, un atome d'hélium par-là et pas grand chose entre les deux : voilà à quoi ressemblait la nébuleuse primordiale qui devait donner naissance au Soleil ...

Photo télescope spatial Hubble

Ce nuage d'hydrogène et d'hélium n'était pas homogène, des "grumeaux" s'y sont formés. Sous l'effet de leur propre gravité, ces grumeaux, appelés "proplyds" par les astrophysiciens, ont commencé à se contracter et à s'échauffer : deux atomes d'hydrogène en attirent un troisième, puis un quatrième et ainsi de suite, selon un effet "boule de neige". Lentement, très lentement. Pendant des millions d'années.

Photo télescope spatial Hubble

Petit à petit, à l'intérieur de ces grumeaux, la chaleur et la pression ont augmenté. Jusqu'à atteindre le point critique où pression et chaleur ont été suffisantes pour obliger les atomes d'hydrogène à fusionner de force pour se transformer en atomes d'hélium, en dégageant un intense rayonnement : les réactions thermonucléaires en chaîne venaient de se déclencher. Une étoile venait de naître. Ainsi sont nées les étoiles de la nébuleuse de la Lagune. C'est ainsi qu'est né notre Soleil.

C'est celà la nébuleuse de la Lagune : un gigantesque berceau d'étoiles en gestation.

Photo télescope spatial Hubble

Outre M8, vos jumelles devraient vous montrer dans le même champ, juste au-dessus de la nébuleuse de la Lagune, un autre petit nuage rond et flou : la nébuleuse Trifide, recensée sous le nom de M20 dans le catalogue de Charles Messier.

Les nébuleuses M8 et M20 -Photo Ph Ledoux- ASCT astronomi

La nébuleuse Trifide est également une splendide nébuleuse située, elle aussi, à 4500 années-lumière mais elle nécessite un télescope pour commencer à être appréciée.

La nébuleuse M20 dans un télescope d'amateur - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Comme M8, la nébuleuse Trifide est éclairée par les reflets des jeunes étoiles chaudes qu'elle contient, lesquelles lui confèrent de somptueuses couleurs mais ces dernières ne peuvent se voir qu'au moyen d'une longue pose photographique

Photo NOAO

La jeunesse des étoiles

Si vous continuez votre balade dans la constellation du Sagittaire, toujours en remontant la Voie Lactée avec vos jumelles, vous distinguerez une nouvelle tache floue juste au-dessus de la nébuleuse Trifide : il s'agit cette fois d'un amas de 40 étoiles, appelé M21.

Les étoiles qui peuplent cet amas, situé à 4040 années-lumière, sont arrivées à un stade plus tardif de leur évolution que celles de la nébuleuse de la Lagune ou de la nébuleuse Trifide : alors que dans ces nébuleuses, les étoiles venaient tout juste de s'allumer, dans M21 on a affaire à des étoiles qui ont déjà 4.5 millions d'années de vie et qui se sont dégagées de la gangue de gaz et de poussières qui leur a donné naissance.

L'amas M21dans un télescope d'amateur - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Ces amas d'étoiles sont extrêmement fréquents dans notre galaxie. Petit à petit, au fil des millénaires, les étoiles composant ces amas vont se disperser au gré des grands courants d'étoiles qui parcourent la Voie Lactée et l'amas finira par se disloquer totalement : chacun sait qu'il faut bien que les oiseaux quittent leur nid un jour ou l'autre. Un bon exemple d'amas devenu extrêmement lâche est constitué par les étoiles qui composent la constellation de la Grande Ourse.

Mais pour l'instant, revenons au Sagittaire. Si vous poursuivez votre lente remontée de la Voie Lactée avec vos jumelles, vous verrez successivement 3 autres petits nuages flous et pâles, correspondant à 3 autres nids d'étoiles, M18, M23 et M25. M25 est un amas d'environ 80 étoiles, âgé de 89 millions d'années. M18 est également un amas d'étoiles, mais beaucoup plus pauvre, puisqu'il ne contient qu'une vingtaine d'étoiles âgées de 31 millions d'années.

Enfin, M6, également appelé "l'amas du papillon", est un splendide amas de jeunes étoiles encore entourées d'un voile ténu de gaz. Malheureusement, il est situé très bas sur l'horizon, en dessous du bec verseur de la théière du Sagittaire et, de ce fait, il est rarement visible dans de bonnes conditions depuis la Normandie, sauf en cas de ciel exceptionnnellement clair.

Le magnifique amas ouvert M6 - Photo NOAO

Si vous n'êtes pas parvenus à repérer ces différents amas d'étoiles, nous vous proposons plus loin une cible plus facile : l'amas du Canard sauvage, M11, dans la constellation de l'Ecu.

Mais revenons à la constellation du Sagittaire qui contient encore deux belles nébuleuses accessibles à un astronome amateur : juste au-dessus de l'amas d'étoiles M18, vous trouverez tout d'abord une magnifique nébuleuse, M17, également appelée nébuleuse Omega, visible aux jumelles comme une petite tache blanchâtre allongée.

Mais c'est dans un télescope de 200 mm qu'elle devient vraiment bien visible, avec ses nuées brillantes en forme de "L" et les nuages de poussières plus sombres qu'elle contient. La nébuleuse Omega constitue là encore un grand nuage de gaz au sein duquel de nouvelles étoiles sont en train de se condenser. Exactement comme la nébuleuse de la Lagune, décrite précédemment.

La nébuleuse M17 - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Dans un télescope professionnel, le spectacle devient absolument magique. Autre curiosité de cette nébuleuse distante de 5700 années-lumière : c'est une source importante d'émissions de rayons radio. A l'évidence, l'enfantement de ces nouvelles étoiles se passe dans la douleur ...

Photo NTT

Enfin, une dernière tache floue est décelable aux jumelles à la limite de la constellation du Sagittaire, à côté de la précédente nébuleuse : la nébuleuse M16, la nébuleuse de l'Aigle. Avec vos jumelles, vous verrez surtout l'amas d'une vingtaine d'étoiles que renferme cette nébuleuse située à 7000 années-lumière de nous. Cette très belle nébuleuse correspond au même stade d'évolution stellaire que la nébuleuse de la Lagune. Pour distinguer le cocon de gaz qui entoure ces étoiles, il faut un télescope d'au moins 200 mm de diamètre.

La nébuleuse M16 dans un télescope d'amateur - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Et si vous aviez accès au télescope spatial Hubble, vous y verriez de grands nuages sombres, appelés les "piliers de l'univers" par les techniciens de la NASA : ce sont eux qui contiennent les futures étoiles à naître.

Photo télescope spatial Hubble

Nous quitterons là la constellation du Sagittaire pour aller crapahuter un instant dans la constellation de l'Ecu, située entre les constellations de l'Aigle et du Sagittaire, afin d'y débusquer un superbe nid d'étoiles serrées les unes contre les autres : l'amas du Canard Sauvage, M11.

L'Ecu le 9 août à minuit dans le ciel de Toussaint

Déjà visible aux jumelles comme une petite tache floue bien ronde, dans un petit télescope le spectacle devient de toute beauté avec cet amas d'étoiles dont la forme dessine effectivement un peu celle d 'un canard en plein vol (avec un chouïa d'imagination).

L'amas ouvert M11 dans un télescope d'amateur - Photo Pedro Ré, tirée du CD-Rom astrothèque 2000

Les étoiles adultes

Lorsque des étoiles s'allument, la nébuleuse gazeuse au sein de laquelle elles se sont formées se dissipe en quelques centaines de millions d'années.

Le gaz a servi à la fabrication des étoiles mais aussi, éventuellement, à celle de futures planètes qui vont, elles aussi, se condenser petit à petit autour de leur étoile-mère.

Un bon exemple de cette étape de la vie d'une étoile est l'étoile 51 Pegasi, située à 44 années-lumière de nous, dans la constellation du Grand Carré de Pégase, située au-dessus de l'horizon Est

L'étoile 51 Pegasi est une étoile jumelle de notre Soleil : même taille, même température, même composition chimique. Elle est simplement un peu plus âgée que notre Soleil : 8 milliards d'années contre 5. Cette petite étoile, tout juste visible à l'oeil nu et à première vue banale, a eu une importance historique : c'est autour de cette étoile qu'a été découverte en 1995 la première planète extérieure à notre système solaire. L'exoplanète en orbite autour de 51 Pegasi est une planète gazeuse géante, grosse comme 0.6 fois Jupiter.

Le Carré de Pégase le 9 août à minuit au-dessus de Toussaint

La vieillesse des étoiles

Abandonnons le Carré de Pégase et tournons maintenant nos yeux vers l'Ouest, en direction de la constellation du Bouvier, facilement identifiable grâce à sa forme de cerf-volant. Elle est aisément repérable grâce à la Grande Ourse : il vous suffit de prolonger l'arc de cercle formé par la queue de la grande Ourse pour tomber sur une grosse étoile très brillante, Arcturus, l'étoile principale du Bouvier.

Le Bouvier et la Grande Ourse le 9 août à minuit au-dessus de Toussaint

Regardez attentivement Arcturus et vous constaterez que son éclat tire nettement sur le rouge : Arcturus est une étoile géante rouge. Elle nous montre ce que deviendra notre Soleil dans 5 milliards d'années, lorsqu'il arrivera en fin de vie.

Photo SOHO

Lorsqu'une étoile a transformé tout son hydrogène en hélium, elle atteint un seuil critique de déséquilibre. Avant cette phase, il existait un équilibre stable au sein de l'étoile entre, d'une part, l'attraction gravitationnelle dûe à sa masse, et d'autre part, la pression de son rayonnement. L'attraction gravitationnelle tend à amener l'étoile à se contracter. Au contraire, la pression de son rayonnement l'oblige à se dilater. Tant que ces deux forces s'équilibrent, tout va bien.

Mais le jour où l'étoile a brûlé tout son hydrogène, la force d'attraction gravitationnelle prend le dessus et l'étoile entamera alors une phase rapide de contraction au terme de laquelle son coeur s'échauffera à des températures de plusieurs milliards de degrés. Ce violent échauffement permet de relancer de nouvelles réactions thermo-nucléaires de l'étoile : la force du rayonnement l'emporte à nouveau sur l'attraction gravitationnelle et l'étoile se met alors à se dilater démesurément durant environ 100 millions d'années pour former une étoile géante rouge, comme Arcturus. C'est ce qui arrivera aussi dans 5 milliards d'années à notre Soleil.

Grossissant de plus en plus, le Soleil atteindra alors presque l'orbite de la planète Mars. Mercure, Vénus et la Terre seront englouties dans cette énorme sphère rougeâtre.

Mais ne vous inquiétez pas : tout ceci ne se produira que dans 5 milliards d'années. Vous avez tout le temps devant vous ! Notamment le temps de profiter de votre balade dans la constellation du Bouvier pour braquer votre télescope sur Izar, une jolie petite étoile double, comme il y en a tant dans notre galaxie. Les systèmes stellaires multiples y sont extrêmement fréquents. Notre petit Soleil solitaire fait un peu figure d'étoile minable ... pour l'instant...

La mort des étoiles

Passons à la dernière étape de la vie d'une étoile : qu'adviendra-t'il de notre Soleil lorsqu'il se sera transformé en étoile géante rouge ? La constellation de la Lyre va vous en donner une illustration.

Cette toute petite constellation est située au dessus de votre tête, presque au zénith. Elle a une forme tarabiscotée, composée d'un parallélépipède accroché à un triangle. Elle est bien reconnaissable grâce à sa brillante étoile bleutée Véga, distante de la Terre d'environ 25 années-lumière : c'est la plus brillante de toutes les étoiles du ciel d'été et, de ce fait, c'est la première étoile que apercevrez lorsque la nuit commencera à tomber.

C'est dans cette constellation que se trouve l'une des plus belles nébuleuses planétaires, située entre 1400 et 2000 années-lumière de la Terre selon les estimations, et appelée par les astronomes Messier 57. Cette nébuleuse est facile à repérer avec un télescope d'entrée de gamme, de 114 mm de diamètre, juste entre les étoiles Bêta et Gamma de la Lyre (cf le schéma de la constellation placé ci-dessus) : il s'agit d'une grosse bulle d'hydrogène et d'hélium, éjectés à la vitesse de 20 km/s voici 20 000 ans par une étoile à l'agonie.

La Nébuleuse annulaire de la Lyre - Photo Ch Ferruel - ASCT Section Astronomie

M57 préfigure ce que sera la fin de notre Soleil : après avoir gonflé démesurément au point de devenir une étoile géante rouge, il expulsera dans l'espace son enveloppe gazeuse. Au centre de cette nébuleuse planétaire, il ne restera plus que le cadavre de notre Soleil, une étoile naine blanche qui se refroidira et se ratatinera au fil des millénaires.

Pour voir l'étoile naine blanche qui gît au milieu de M57, il faut cependant un gros télescope, d'au moins 400 mm de diamètre. Par contre, pour voir la coquille de gaz expulsée dans l'espace par l'étoile, un petit télescope amateur, avec un grossissement de 50 fois, suffira à votre bonheur. Si vous avez le télescope Hubble dans votre poche, vous aurez droit à ceci :

Une autre magnifique nébuleuse planétaire est également visible l'été : la nébuleuse Dumbbell, M27. Vous pouvez la repérer en partant de la petite constellation de la Flèche, en pointant la dernière étoile de cette constellation avant de remonter à angle droit en direction de la Lyre : dans le chercheur de votre télescope, ou bien dans vos jumelles, elle aura l'aspect d'une petite étoile floue.

Dans un télescope d'amateur, cette belle nébuleuse aura l'aspect d'un trognon de pomme. Et dans le télescope spatial Hubble ... mamma mia !!!!

devinez laquelle des 2 photos ci-dessus a été prise avec le télescope Hubble ...

Ne quittez pas cette région du ciel sans jeter un petit coup d'oeil sur l'étoile Epsilon de la Lyre. A l'oeil nu, rien de bien folichon dans cette petite étoile de magnitude 5. Maintenant, pointez vos jumelles sur cette étoile banale : vous la dédoublerez alors en une étoile double, appelée Epsilon 1 et Epsilon 2 !

Encore plus fort : prenez maintenant une petite lunette astronomique de 75 mm de diamètre, choisissez un oculaire donnant un grossissement d'au moins 120 fois, et vous découvrirez que chacune des 2 composantes de cette étoile double est elle aussi double ! C'est la raison pour laquelle l'astronome William Herschel décida d'appeler en 1779 ce quadruple système solaire "la double double étoile de la Lyre". Imaginez-vous un instant que notre Terre soit en orbite autour d'un système composé de 4 Soleils ...

Epsilon de la Lyre vue au travers de jumelles puis au télescope - Montage Ph Ledoux - ASCT Section Astronomie

Les Supernovae

Ce scénario de nébuleuse qui se condense en étoile, laquelle engendre en vieillissant une étoile géante rouge, laquelle meurt en laissant derrière elle une nébuleuse planétaire et une étoile naine blanche, ne concerne que les étoiles classiques, de taille moyenne, analogue au Soleil.

Les étoiles plus massives que le Soleil connaissent une fin infiniment plus violente : l'explosion en une supernova. Dans ce scénario catastrophe, l'étoile ne se contente pas d'expulser son enveloppe externe dans l'espace : elle explose intégralement en une fraction de seconde.

Le résidu de cette gigantesque explosion se ratatine en quelques dixièmes de secondes pour donner un astre extraordinairement dense, appelée pulsar : une cuillère à café de la matière dégénérée, essentiellement des neutrons, composant ce pulsar pèserait autant que le porte-avion Charles de Gaulle ! Les pulsars tournent sur eux-mêmes à toute vitesse, envoyant à cadence régulière dans l'espace un mince pinceau lumineux.

Dans le cas d'étoiles super-géantes de taille exceptionnelle, le cadavre de l'étoile atteindra le stade ultime de concentration de la matière : un trou noir, d'où rien ne peut s'échapper, même pas la lumière, tant son attraction gravitationnelle est immense.

Une bonne candidate au rôle de supernova est l'étoile Deneb de la constellation du Cygne : cette étoile supergéante bleue est grande comme 300 fois le Soleil et elle brûle la chandelle par les deux bouts, illuminant le ciel à chaque instant comme 394 438 Soleils !!! L'espérance de vie de ce monstre se limite à quelques centaines de milliers d'années.

Quant aux restes de la supernova, ses débris gazeux vont se disperser au fil des millénaires dans le cosmos : le Cygne en contient un magnifique exemple, avec "les Dentelles", somptueux enchevêtrement de gaz et de poussière expulsés voici plusieurs milliers d'années par une supernovae. Mais attention : en Normandie, cette délicate nébuleuse torsadée nécessite un filtre contre la pollution lumineuse pour être vue au télescope, juste à côté de l'étoile 51 Cygni qui sera votre balise pour la repérer. En Normandie, son observation nécessite donc du bon matériel astro.

Les Dentelles du Cygne, également appelées NGC6992

Le satellite Chandra, spécialisé dans l'observation du ciel dans les longueurs d'ondes des rayons X, a réussi à repérer le pulsar issu de l'explosion de la supernova des Dentelles du Cygne :

Que deviennent ensuite les débris de la supernova ? Ils vont continuer à se répandre dans notre galaxie, où ils vont ensemencer les grands nuages d'hydrogène qui y dérivent : de cette onde de choc naîtront alors de nouvelles nébuleuses qui donneront un jour lointain naissance à de nouvelles étoiles et à de nouvelles planètes. La grande boucle de la vie et de la mort des étoiles sera alors achevée.

Pour finir cette belle promenade dans le ciel de l'été, tournez votre télescope vers l'étoile formant l'autre extrêmité de la constellation du Cygne : Albiréo. Ce sera votre cadeau de fin de soirée : votre télescope vous montrera qu'Albiréo est sans doute la plus belles des étoiles doubles du ciel de l'été. Vous pourrez admirer un Soleil rouge et un Soleil bleu en orbite l'un autour de l'autre.

Si vous souhaitez aller plus loin dans votre découverte des constellations de l'été et des nombreuses nébuleuses et amas d'étoiles qu'elles contiennent, vous trouverez un dossier plus complet destiné aux possesseurs de télescopes

Les enseignants et les animateurs de club peuvent également télécharger sur le site Internet d'Yves Lhoumeau, maniaque binoculaire bien connu dans le milieu des astronomes amateurs, un fichier et un manuel complets afin de réaliser eux-mêmes des diapositives des constellations du ciel (cliquez sur "diaporama à fabriquer").

Si vous disposez d'un télescope et que vous souhaitez disposer d'une aide complète et en même temps facile à utiliser pour un débutant, nous vous recommandons chaudement le CD-Rom Astrothèque 2000 : un atlas du ciel comprenant 220 objets détaillés comme nulle part ailleurs avec les cartes, les photos, les explications et les dessins indispensables pour les repérer, des éphémérides interactives vous permettant de tout savoir sur ce qui se déroulera au cours de la nuit, un atlas lunaire, une banque de plus d'un millier de photos et dessins d'astronomes amateurs commentés, des cartes du ciel, fiches et maquettes prêtes à être imprimées, un pilotage dans le système solaire en 3D : bref, une vraie petite merveille que nous utilisons très régulièrement à Toussaint pour préparer nos soirées d'observation du ciel. Pour plus de renseignements, cliquez sur l'image ci-dessous.

 

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