Comment le Soleil s’est-il formé exactement ? Comment notre étoile bien-aimée est-elle née ? Si vous souhaitez obtenir une réponse à ces questions, la lecture de cet article sera une expérience éclairante. Le processus de formation du Soleil est le premier d’une série d’événements, qui ont finalement rendu la vie possible sur Terre. Lisez la suite, pour savoir comment cette grande boule de feu a été allumée.
Le Soleil est le pivot central autour duquel tout notre monde, notre système solaire, est construit. Depuis des temps immémoriaux, dès l’aube de la civilisation humaine, le Soleil a été vénéré à juste titre comme une source d’énergie, de vie et d’espoir. Il n’y a pas de spectacle comparable à la beauté d’un soleil rouge, se levant à l’aube, dans toute sa gloire.
La vue du Soleil levant invoque en nous une révérence et une curiosité primitives, pour savoir comment cette glorieuse boule de feu a pu être créée. Nous ne pouvons nous empêcher de nous sentir intérieurement connectés à ce brillant portail de lumière et d’énergie.
Comment notre étoile mère s’est-elle formée ? A-t-elle été là depuis toujours, à nous éclairer ? Quelle est la source de son énergie illimitée ? Cet article s’efforce de répondre à ces questions et de mettre en avant tout ce qui est découvert dans le domaine de l’astronomie au sujet du Soleil, à travers des siècles de recherches et d’observations minutieuses.
Bases de la physique stellaire
Si vous me demandez comment l’univers a été créé, je ne pourrai peut-être pas répondre complètement, mais je peux vous dire avec confiance, comment le Soleil s’est formé. La réponse à cette question a été à peu près comprise après des années d’investigation. La réponse à cette question nous emmène dans le domaine de la physique stellaire, c’est-à-dire la physique de l’évolution stellaire. Pour comprendre comment le Soleil a été créé à partir de gaz interstellaire, il faut connaître certaines idées fondamentales de l’évolution stellaire, qui sont les suivantes.
La vie d’une étoile : Le bras de fer entre la gravité et la pression thermique
Le Soleil est fondamentalement une étoile. Elle est comme tous ces « petits diamants dans le ciel », que vous voyez la nuit, sauf que celle-ci est vraiment très proche. La gravité est toujours à l’œuvre, car elle sculpte la structure de l’univers comme les galaxies et les étoiles.
Une étoile est une boule gargantuesque de plasma (C’est un gaz, fait d’ions chargés), composée principalement d’Hydrogène et d’Hélium. La vie d’une étoile est un bras de fer constant entre la pression gravitationnelle qui tente d’écraser cette boule de gaz, versus la pression thermique générée par la fusion nucléaire.
Considérez un ballon gonflé. Un ballon reste gonflé, en raison de l’équilibre entre la pression d’air externe qui tente de l’écraser et la pression d’air interne qui le maintient gonflé. De même, une étoile est stable lorsque la pression thermique, générée par la fusion nucléaire, s’équilibre avec la force gravitationnelle qui tente de l’écraser. Lorsque cet équilibre est perturbé, une étoile change de forme.
Les étoiles sont des réacteurs de fusion naturels
Pour chauffer un gaz et créer une pression thermique, une étoile a besoin d’énergie. D’où vient-elle ? Ce problème a été résolu par Hans Bethe et ses collaborateurs. La formidable quantité d’énergie qui alimente une étoile est générée par la fusion nucléaire. Il s’agit d’un processus par lequel des noyaux plus légers comme l’hydrogène fusionnent pour former des éléments plus lourds, à des températures supérieures à 7 millions de kelvins. La masse des noyaux fusionnés est inférieure à la masse combinée des noyaux en fusion. C’est-à-dire qu’une partie de la masse est perdue dans le processus de fusion et convertie en énergie pure. Cette énergie peut être calculée en utilisant la célèbre formule d’Albert Einstein, « E = mc2« . Ce processus transforme les étoiles en réacteurs de fusion naturels. Elles sont des fours naturels de l’univers, où sont synthétisés des éléments lourds comme le carbone et l’azote.
Plus elles sont massives, plus elles meurent rapidement
La masse initiale d’une étoile, est le facteur le plus important qui décide de son évolution future. Dans l’illustration ci-dessous, vous pouvez voir les différents destins des étoiles avec différentes masses initiales.
Ce graphique résume comment les étoiles évoluent en fonction de leur masse initiale avec le temps(Crédit : NASA/CXC/M.Weiss).
Comme vous pouvez le voir sur l’image ci-dessus, il existe une relation simple entre la masse et l’âge, qui permet de déterminer la durée de vie d’une étoile. La théorie de l’évolution stellaire est suffisamment développée pour prédire la durée de vie d’une étoile, compte tenu de sa masse initiale. Plus une étoile est massive, plus elle sera comprimée et écrasée par la gravité. Lorsqu’une étoile est écrasée par la gravité, elle devient plus chaude et la température de son noyau augmente. Au fur et à mesure que la température du noyau augmente, l’hydrogène contenu dans le noyau fond plus rapidement. C’est exactement comme une moto de sport très puissante qui consomme du carburant très rapidement. Donc, pour résumer, plus une étoile est massive, plus vite elle épuisera son combustible de fusion et mourra.
Comment le Soleil a-t-il été créé ?
Maintenant que vous avez (espérons-le) une idée de ce qui se passe à l’intérieur d’une étoile, voyons comment notre chère vieille étoile a vu le jour.
Étape 1 : le gaz interstellaire s’effondre sous la gravité
Toutes les grandes structures jamais créées dans l’Univers sont modelées par la gravité. Il y a environ 6 milliards d’années, un énorme nuage d’Hydrogène ultra froid, qui contenait des restes d’étoiles mortes du passé, a commencé à s’effondrer sous l’effet de la gravité. Les restes des étoiles précédentes étaient contenus dans ce nuage de gaz, sous la forme d’éléments lourds synthétisés dans les étoiles, que l’on pourrait appeler les prédécesseurs du Soleil. L’univers continue à recycler des choses, tout le temps.
Donc, ce nuage de gaz et de poussières interstellaires a commencé à s’effondrer sous l’effet de la gravité. Cet effondrement a pu être déclenché par une explosion de supernova à proximité ou par un autre événement à forte énergie. Comme ce gaz riche en éléments lourds a commencé à s’effondrer, son énergie potentielle gravitationnelle a été convertie en énergie thermique et le gaz s’est réchauffé.
Étape 2 : la proto-étoile est créée
A mesure que le gaz s’est effondré au fil du temps, il est devenu plus dense et plus chaud. Au fil du temps, un noyau interne sphérique a commencé à se former, qui était plus chaud que le reste de l’étoile. C’était le bébé soleil, ou la proto-étoile, comme on l’appelle. Cette proto-étoile n’était pas encore assez chaude pour que l’hydrogène de son noyau commence à fusionner. Cependant, la pression thermique générée par l’effondrement gravitationnel avait commencé à s’exercer contre la gravité. Si la masse de ce Soleil primitif avait été légèrement inférieure à ce qu’elle était, l’effondrement gravitationnel se serait arrêté là, équilibré par la pression thermique. Cela aurait été la fin de notre Soleil, qui serait resté juste avant d’être une étoile. De nombreuses proto-étoiles subissent une telle sorte de « mort-naissance » stellaire, sans jamais atteindre le statut d’étoile.
Cependant, heureusement, le Soleil était suffisamment massif pour que l’effondrement gravitationnel se poursuive. Cette compression du blob de gaz protostellaire a provoqué une augmentation continue de la température.
Il y a donc eu une augmentation continue de la température.
Étape 3 : la fusion de l’hydrogène commence
À un moment donné, alors que la température du proto-soleil franchissait la barrière des 7 millions de Kelvins, et les noyaux d’hydrogène, qui jusque-là rebondissaient les uns sur les autres, ont commencé à fusionner en Hélium. Ce fut l’allumage du fourneau de fusion du Soleil, qui est à l’origine de sa production phénoménale d’énergie.
C’est le moment où la proto-étoile, est devenue une étoile et où la pression thermique générée par la fusion nucléaire, a effectivement neutralisé la pression gravitationnelle, atteignant l’équilibre hydrostatique. Cette phase de la vie d’une étoile est appelée la « séquence principale », et une étoile passe la majeure partie de sa vie dans cette phase. Depuis ce moment-là, le Soleil a fusionné son hydrogène en hélium, à un rythme régulier, pendant 4,5 milliards d’années. Il continuera dans cet état pendant des millions d’années à venir.
Voici donc comment notre Soleil a été créé à partir des cendres d’une étoile précédente. Ce Soleil primitif avait un disque de matière tourbillonnante autour de lui, qui s’est finalement condensé pour donner notre système solaire, tel que nous le connaissons.
Le destin du Soleil
Que se passe-t-il, lorsque le combustible hydrogène du noyau s’épuise ? Quel est l’avenir de notre étoile bien-aimée ?
Heureusement, la théorie de l’évolution stellaire s’est suffisamment développée pour répondre aussi à cette question. Un jour, dans des milliers de millions d’années, lorsque l’Hydrogène du noyau solaire sera épuisé, ce sera le début de la fin du Soleil, et de notre système solaire, tel que nous le connaissons.
Alors que la fusion nucléaire, freinant l’effondrement gravitationnel, cessera, le noyau solaire commencera à s’effondrer et à se réchauffer à nouveau. Comme le noyau est à nouveau comprimé et écrasé par la gravité, les couches externes du Soleil commenceront à s’étendre. La température de surface de notre Soleil chutera au fur et à mesure de son expansion, se transformant en une « géante rouge » comme l’étoile « Bételgeuse » dans la constellation d’Orion.
Au fur et à mesure que le Soleil se dilatera, il avalera, Mercure et Vénus. La température sur Terre augmentera drastiquement. A ce moment-là, l’humanité (si elle a réussi à ne pas s’autodétruire.) devra trouver une autre demeure que la Terre, sur des planètes extérieures ou même extrasolaires. L’orbite des planètes telle que nous la connaissons sera elle aussi modifiée.
Le noyau de ce Soleil géant rouge continuera à se comprimer, jusqu’à ce qu’il devienne assez chaud pour fusionner l’Hélium en Carbone. Puis, des millions d’années plus tard, le combustible d’hélium dans le noyau sera également dépensé. Lorsque le noyau s’effondrera à nouveau sous l’effet de la gravité, il ne sera jamais assez chaud pour fusionner d’autres éléments plus lourds. L’effondrement gravitationnel sera stoppé par un phénomène connu sous le nom de « dégénérescence des électrons ». Selon l’un des principes fondamentaux de la physique quantique (appelé principe d’exclusion de Pauli), les électrons ne peuvent pas être comprimés au-delà d’un point, car ils ne peuvent pas tous avoir le même état quantique.
Donc, comme les électrons ne peuvent pas être compressés au-delà d’un point, la compression gravitationnelle s’arrête, les enveloppes extérieures du Soleil seront éjectées et le noyau restera sous forme de naine blanche. Son énergie sera lentement rayonnée sur l’éternité et il mourra d’une mort froide.
C’est le destin prédit de notre étoile bien-aimée. L’univers est comme de l’argile dans les mains d’un enfant qui en façonne sans cesse de nouvelles choses et les détruit selon son bon vouloir.
La fin du Soleil, sera-t-elle la fin de notre civilisation ? Je ne le pense pas. Malgré des chances insurmontables, la vie a été conçue sur notre planète. Nous survivrons, si les générations futures sont plus intelligentes que nous et trouvent un moyen d’instaurer la paix sur Terre. Avec un peu de chance, elles trouveront un moyen de s’en sortir et l’humanité ne sera plus confinée à un petit point bleu dans l’espace mais se répandra ailleurs, trouvant de nouveaux habitats dans la galaxie.
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