Comment dit-on qu'une étoile est plus vieille qu'une autre ou plus jeune qu'une autre?

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1 Comment dit-on qu'une étoile est plus vieille qu'une autre ou plus jeune qu'une autre? Comment peut-on donner un âge à l'univers? Dans l'univers, il y a beaucoup de choses : des étoiles, comme le Soleil... Une étoile consomme son gaz jusqu'à former des nébuleuses planétaires ou exploser en supernovae. Tous ces restes d'étoiles se trouvent dans les galaxies. Ces dernières regroupent donc plusieurs centaines de milliards d'étoiles qui vont s'organiser sous la forme d'une spirale; Dans l'univers, il y a des milliards de galaxies. Sur cette image de Hubble, tous les points lumineux sont des galaxies à distance plus ou moins importante. Anecdote : "Cet Univers regroupe plus d'étoiles qu'il n'y a de grains de sable sur Terre" 1/8

2 1. COMMENT FONCTIONNE UNE ETOILE? Une étoile est une grosse boule de gaz, principalement composée de 2 gaz : l'hydrogène et l'hélium. Une étoile est une machine qui transforme principalement l'hydrogène (élément simple) en hélium. Grâce à cette transformation, il y a création de chaleur qui chauffe le gaz, transformation qui aurait tendance à dilatater l'étoile ; cet effet est équilibré par la gravitation. Il y a bien sûr un peu de perte de lumière : le rayonnement de l'étoile part dans toutes les directions. C'est ainsi que l'on peut voir les étoiles briller. Le diagramme HR Utilisation de ce diagramme : mise des étoiles sur le graphique en fonction de leur T C et de la manière dont elles brillent, en prenant pour référence le Soleil. L'étoile la plus brillante du ciel est Sirius. 2/8

3 La plupart des étoiles se trouvent le long de la ligne appelée "Séquence Principale", ligne sur laquelle les étoiles passent le plus de temps. Les étoiles se trouvant en dehors de cette ligne sont les étoiles géantes, telles que Arcturus, ou les super géantes telles que Beltégeuse. Cette représentation permet donc de savoir quel âge a une étoile. D'après les calculs faits par les scientifiques, on peut affirmer qu'au fur et à mesure qu'une étoile concomme son carburant, elle va changer de température et de diamètre. Regarder une étoile permet de mesurer sa luminosité, sa couleur, témoins de sa température, ce qui permettra le placement de celle-ci sur le diagramme. En plaçant une étoile sur la séquence principale, on sait, par exemple, que l'étoile fait 6 fois la masse du soleil, on peut ainsi en déduire âge de étoile, en fonction du placement. Pour chaque ligne, l'étoile vivra différemment. Exemples : L'amas des Pleïades (M45) : les étoiles apparaissent bleues à l'oeil nu, signe qu'il s'agit d'étoiles jeunes. Sur le diagramme, on s'aperçoit que ces étoiles ont d'années. L'amas d'hercule (M13) : les étoiles apparaissent relativement rouges, signe qu'il s'agit de vieilles étoiles. Sur le diagramme, on s'aperçoit que ces étoiles ont 10 milliards d'années 3/8

4 Autres méthodes : Une méthode plus complexe : L'utilisation de l'uranium, élément radioactif : plus il y a d'uranium au sein d'une étoile, plus celle-ci sera jeune. C'est donc en fonction de la quantité d'uranium présente dans l'étoile que l'on pourrait en déduire son âge. Une méthode par l'étude de l'environnement des étoiles Comme toutes les galaxies, la nôtre comporte des amas globulaires qui ont tous à peu près 10 milliard d'années. La voie lactée en compte environ 200. M31 comporte, par exemple environ 400 amas globulaires qui ont le même âge (10 milliard d'années.) Si on prend une galaxie plus grosse telle que M87 (dans l'amas de la Vierge), on s'aperçoit qu'elle comporte environ amas globulaire, qui ont encore à peu près le même âge. De là, on va donc pouvoir mesurer l'âge approximatif des étoiles. 4/8

5 2. A PARTIR DE TOUT CELA, POURQUOI NE POURRAIT-ON PAS OU NE SAURIONS-NOUS PAS MESURER L'AGE DE L'UNIVERS? Le Big Bang ressemble à quelque chose de très sombre, à une grosse explosion. Celui-ci a été étudié par 3 personnages : L'abbé LEMAITRE, en 1920, a eu l'idée première : il s'est dit qu'il y avait sûrement eu une grande explosion. Albert Einstein, en a également établi une théorie sur ce Big Bang. Hubble a été l'osbservateur des galaxies. C'est un peu grâce à ces 3 personnages qu'on peut aujourd'hui mesurer l'âge de l'univers. Quand l'abbé LEMAITRE a eu cette première idée, on avait déjà quelques indices : on se disait que l'âge de l'univers était entre 10 et 20 milliards d'années, ce qui n'était pas très précis. La théorie Mais pourquoi vouloir donner un âge à l'univers? A l'image d'une explosion, le Big Bang aurait eu pour conséquence l'éparpillement de petits bouts de rochers dans tous les sens. 5/8

6 Si on représente le Big Bang comme une grosse explosion, il faut imaginer que les galaxies sont les petits bouts de rochers en question. A une explosion est normalement lié le phénomène d'expansion. Ces petits rochers seraient donc des galaxies qui devraient s'éloigner les unes des autres par ce phénomène d'expansion. Pour décrire l'évolution d'une explosion, il faut avoir une «recette». Albert Einstein a eu l'idée, selon laquelle la recette permettrait de décrire à la fois l'intensité initiale de l'explosion (grosse ou petite). Puis il faut ajouter une loi. Recette intensité + loi = chronométrage du temps entre l'observation et l'explosion. Les observations 1 er indice : L'âge des étoiles (10 milliards années envrion) => L'univers est par déduction logique, plus vieux... ; les étoiles sont, en quelque sorte, les "enfants" de l'univers. 2 ème indice : Le mouvement des galaxies dans les amas. En 1933, un astronome suisse a dit que les galaxies bougeaient un peu trop vite par rapport à ce qu'il voyait et qu'il y avait des choses que l'on ne voyait pas : il a dit que ce serait de la matière noire, matière grâce à laquelle il a pu déduire que l'âge de l'univers était beaucoup plus jeune par rapport aux déductions précédentes. Dans les années 80-90, du fait qu'on devait rajouter de la matière noire pour expliquer ce que l'on voyait, on en a déduit que l'âge de l'univers devait donc être plus jeune que les étoiles, «chose bien gênante». Il a donc fallu trouver un autre ingrédient... pour trouver l'âge de l'univers... 3 ème indice :La répartition des galaxies dans l'univers. Les astronomes se sont amusés à mesurer la distance entre plusieurs galaxies ; puis, ils ont fait des comparaisons avec ce qu'ils avaient fait sur ordinateur. Simulations sur ordinateurs + comparaisons par rapport à ce qui a été mesuré=> «déduction» à petite mesure de l'âge de l'univers. 4 ème indice : La composition chimique des nébuleuses et des étoiles (cf exposé n 7). En fonction du nombre de tranformations du gaz par l'étoile, on aura un gaz en circulation depuis plus ou moins de temps, ce qui nous permettrait d'établir un âge approximatif de l'univers 5 ème indice : Les supernovas, explosions d'étoiles. Quand il y a explosion, l'étoile ressemble à un «phare». L'âge est alors établi par la luminosité dégagée, luminosité présente dans toutes les galaxies. 6/8

7 M51, les Chiens de Chasse En fonction de la manière dont les supernovae brillent, on peut dire si l'univers est plus ou moins âgé. 6 ème indice : Le fond diffus cosmologique : carte de température, inaccessible pour nos instruments d'amateurs. Les scientifiques étudient les zones de températures plus ou mois fortes. Les comparaisons faites entre les différentes températures rendent alors possible la mesure de l'âge de l'univers. Aujourd'hui, grâce à cette carte, on a pu dire que l'univers a envrion 13,7 milliards d'années à plus ou moins 100 millions années. Le Big Bang a eu lieu entre 13,6 et 13,8 milliards d'années à plus ou moins 100 millions d'années. Tout ceci a été étudié grâce à de gros télescopes tels que le VLT. 7/8

8 IMAGE DE LA FIN LE VLT Le plus gros télescope au monde..., composé de 4 télecopes géants de 8m de diamètre Sandrine GARDON, d après la conférence de Sébastien POIRIER (Docteur en Astrophysique) 06/2006 Sandrine GARDON / VOYAGER 3 Astronomie 8/8