Le mystère des étoiles

Projet Pourquoi?

Le mystère des étoiles

Travail interdisciplinaire

Présenté à

Mme Julie Filion et Mme Nathalie Lacroix

Par

Lyes Benazzouz

Alicia Haddadi

Aya Tebarani

Foyer 301

École Louis-Riel

Lundi 29 avril 2019

Le mystère des étoiles

    Le Soleil est l’étoile la plus proche de la Terre, à 8 minutes-lumières (unité de longueur astronomique correspondant à la distance parcourue par la lumière), qui fait partie du système solaire appartenant à notre galaxie, la Voie Lactée. Celle-ci comprend un regroupement de plusieurs centaines de milliards d’étoiles, qui sont des corps célestes naturels (astres) en forme de boule visible dans le ciel nocturne qui émet sa propre lumière, rayonnement perçu par l'œil émanant d’un corps incandescent ou luminescent1. Cette lumière peut se distribuer très différemment d’une étoile à l’autre se trouvant à diverses distances. Toutefois, la question que l’on peut se poser est la suivante : pourquoi les étoiles brillent-elles ? Pour expliquer ce phénomène, il faut considérer les deux aspects qui suivent : les réactions chimiques engendrées par la composition des étoiles et l’inégale réfraction de la lumière dans l’atmosphère, c'est-à-dire le passage d'un milieu à un autre.

   Premièrement, si les étoiles brillent, c'est en raison des réactions chimiques produites par leurs constituants.  En effet, ces astres sont, pour la plupart, composés essentiellement d'hydrogène, un gaz inflammable. Sous la force gravitationnelle de l'étoile, les molécules d'hydrogène se compriment et se regroupent, se transformant ainsi en hélium. Deux théories tentent d'expliquer cette réaction. Selon l'astronome américain Charles Critchfield, la transformation débuterait par une chaîne contenant deux protons, qui fusionneraient pour former du deutérium (un noyau formé d'un proton et d'un neutron). L'hélium découlant de cette réaction brûle et dégage de la chaleur, une énergie se traduisant sous forme de lumière2. La source d'énergie permettant cette émission de lumière est la fusion nucléaire, qui représente le fait de transformer un élément léger en un élément plus lourd. L'énergie libérée est ainsi équivalente à la différence de masse, expliquée par la formule établie par Albert Einstein, un physicien : E=mc2. Si l'on prend l'exemple de l'hydrogène et de l'hélium, 4 moles du noyau du premier pesant 4,032g et une du second, 4,002 grammes, une différence d'environ 0.7 pour-cent est obtenue. La masse d'une étoile est conséquente pour la faire briller des milliards d'années par ce processus3. Par exemple, le Soleil, possédant une masse de 1,989 X 10^30 kg peut briller pendant 4.6 milliards d'années en ne perdant que 10 pour-cent de sa masse. S'il est comparé à de plus gros astres, comme Rigel, ayant une masse 78,9 fois supérieure à la sienne, on peut constater la différence de luminosité entre ces deux corps célestes. En effet, Rigel est 40 000 fois plus lumineuse que l'astre du jour. Bref, c'est en raison des réactions chimiques des gaz contenus dans les étoiles, expliquées par diverses théories, comme celle d'Einstein ou de Charles Critchfield, que l'on sait pourquoi les étoiles brillent.

   Deuxièmement, les étoiles scintillent en raison de l’inégale réfraction atmosphérique de la lumière. Tout d’abord, la réfraction s’agit du phénomène lumineux durant lequel la lumière dévie de sa trajectoire rectiligne en changeant de vitesse lorsqu’elle passe d’un milieu lumineux à un autre. En effet, à cause des couches de température, de densité et d’humidité différentes, cette illusion d'optique se forme et ces astres paraissent plus brillants dans l’atmosphère (couche d’air qui entoure la Terre et d’autres corps célestes). Néanmoins, ce mirage dépendrait également de la pression atmosphérique, c’est-à-dire la pression qu’exerce le mélange gazeux constituant l’atmosphère sur une surface qui rentre en contact avec elle. De ce fait, la réfraction atmosphérique devient hétérogène à la rencontre des turbulences dans l’air, ce qui causerait la scintillation des étoiles4. C'est pour cette raison que dans certaines planètes, comme Mars, qui possèdent une force gravitationnelle plus petite que celle de la Terre ou nulle (en l'occurrence 6X moins dense pour cet exemple), l'intensité de la luminosité des étoiles est moindre que sur la planète bleue. En d'autres mots, ce phénomène est expliqué par la réfraction qui augmente quand la pression est élevée et qui diminue lorsque la pression baisse. La température peut aussi l'expliquer. En effet, la réfraction augmente lorsque la température diminue et elle baisse quand la température est élevée. Bref, la scintillation des étoiles est une illusion d'optique produite par l'inégale réfraction de la lumière dans l'atmosphère des astres.

...