Objets Astronomiques

Quels sont les principaux objets astronomiques ?

Nous allons dresser une liste d'objets astronomiques, qui comprend certains objets dont nous n'explorerons pas les caractéristiques avant de nous concentrer ensuite sur trois grands types d' objets astronomiques : les supernovae, les étoiles à neutrons et les trous noirs.

Cependant, nous mentionnerons brièvement quelques autres objets astronomiques dont nousn'explorerons pas les caractéristiques en détail. Nous trouvons de bons exemples dans les objets astronomiques les plus proches de la terre, c'est-à-dire les satellites et les planètes. Comme c'est souvent le cas dans les systèmes de classification, les différences entre les catégories peuvent parfois être arbitraires, par exemple dans le cas de Pluton, qui a récemment été classée comme planète naine plutôt que comme planète ordinaire, mais pas comme satellite.

Figure 1. Pluton

Les autres types d'objets astronomiques sont les étoiles, les naines blanches, les poussières spatiales, les météores, les comètes, les pulsars, les quasars, etc. Bien que les naines blanches constituent les derniers stades de la vie de la plupart des étoiles, les différences concernant leur structure et les processus qui se produisent à l'intérieur nous amènent à les classer comme des objets astronomiques différents.

La détection, la classification et la mesure des propriétés de ces objets sont l'un des principaux objectifs de l'astrophysique. Les quantités, telles que la luminosité des objets astronomiques, leur taille, leur température, etc., sont les attributs de base que nous prenons en compte lorsque nous les classons.

Les supernovae

Pour comprendre les supernovae et les deux autres types d'objets astronomiques dont il est question ci-dessous, nous devons considérer brièvementlesétapes de la vie d'une étoile.

Une étoile est un corps dont le combustible est sa masse, car les réactions nucléaires qui se produisent en son sein convertissent la masse en énergie. Après certains processus, les étoiles subissent des transformations qui sont principalement déterminées par leur masse.

Si la masse est inférieure à huit masses solaires, l'étoile deviendra une naine blanche. Si la masse est comprise entre huit et vingt-cinq masses solaires, l'étoile deviendra une étoile à neutrons. Si la masse est supérieure à vingt-cinq masses solaires, elle deviendra un trou noir. Dans le cas des trous noirs et des étoiles à neutrons, les étoiles explosent généralement, laissant derrière elles des objets résiduels. L'explosion elle-même est appelée supernova.

Les supernovae sont des phénomènes astronomiques très lumineux qui sont classés comme des objets parce que leurs propriétés sont décrites avec précision par des lois de luminosité et des descriptions chimiques. Comme il s'agit d'explosions, leur durée est courte dans les échelles de temps de l'univers. Il n'est pas non plus judicieux d'étudier leur taille puisqu'elles sont en expansion du fait de leur nature explosive.

Les supernovae issues de l'effondrement du cœur des étoiles sont classées en types Ib, Ic et II. Leurs propriétés dans le temps sont connues et utilisées pour mesurer différentes quantités, telles que la distance qui les sépare de la Terre.

Il existe un type particulier de supernova, le type Ia, dont l'origine est une naine blanche. Cela est possible car, bien que les étoiles de faible masse finissent en naines blanches, il existe des processus, comme le fait qu'une étoile ou un système proche libère de la masse, qui peuvent permettre à une naine blanche de gagner de la masse, ce qui, à son tour, peut conduire à une supernova de type Ia.

Habituellement, de nombreuses analyses spectrales sont effectuées avec les supernovae afin d'identifier quels éléments et composants sont présents dans l'explosion (et dans quelles proportions). Le but de ces analyses est de comprendre l'âge de l'étoile, son type, etc. Elles révèlent également que les éléments lourds de l'univers sont presque toujours créés lors d'épisodes liés à des supernovas.

Étoiles à neutrons

Lorsqu'une étoile dont la masse est comprise entre huit et vingt-cinq masses solaires s'effondre, elle devient une étoile à neutrons. Cet objet est le résultat de réactions complexes se produisant à l'intérieur d'une étoile en effondrement dont les couches externes sont expulsées et se recombinent en neutrons. Les neutrons étant des fermions, ils ne peuvent pas être arbitrairement proches les uns des autres, ce qui entraîne la création d'une force appelée "pression de dégénérescence", responsable de l'existence de l'étoile à neutrons.

Les étoiles à neutrons sont des objets extrêmement denses dont le diamètre est d'environ 20 km. Cela signifie non seulement qu'elles ont une densité élevée, mais aussi qu'elles provoquent un mouvement de rotation rapide. Comme les supernovae sont des événements chaotiques et que l'ensemble de l'élan doit être conservé, le petit objet résiduel qu'elles laissent derrière elles tourne très vite, ce qui en fait une source d'émission d'ondes radio.

En raison de leur précision, ces propriétés d'émission peuvent être utilisées comme horloges et pour des mesures permettant de connaître les distances astronomiques ou d'autres quantités pertinentes. Les propriétés exactes de la sous-structure formant les étoiles à neutrons sont cependant inconnues. Des caractéristiques, telles qu'un champ magnétique élevé, la production de neutrinos, une pression et une température élevées, nous ont amenés à considérer la chromodynamique ou la supraconductivité comme des éléments nécessaires pour décrire leur existence.

Les trous noirs

Les trous noirs sont l'un des objets les plus célèbres que l'on trouve dans l'univers. Ils sont les restes d'une supernova lorsque la masse de l'étoile d'origine a dépassé une valeur approximative de vingt-cinq masses solaires. Cette masse énorme implique que l'effondrement du cœur de l'étoile ne peut être arrêté par aucune sorte de force qui donne naissance à des objets comme les naines blanches ou les étoiles à neutrons. Cet effondrement se poursuit jusqu'à dépasser un seuil où la densité est "trop élevée".

Cette énorme densité conduit l'objet astronomique à générer une attraction gravitationnelle si intense que même la lumière ne peut s'en échapper. Dans ces objets, la densité est infinie et concentrée en un petit point. La physique traditionnelle est incapable de la décrire, même la relativité générale, ce qui nécessite l'introduction de la physique quantique, donnant lieu à une énigme qui n'est pas encore résolue.

Le fait que même la lumière ne puisse pas s'échapper au-delà de l '"horizon", la distance seuil qui détermine si quelque chose peut échapper à l'influence du trou noir, empêche toute mesure utile. Nous ne pouvons pas extraire d'informations de l'intérieur d'un trou noir.

Cela signifie que nous devons faire des observations indirectes pour déterminer leur présence. Par exemple, on pense que les noyaux actifs des galaxies sont des trous noirs supermassifs dont la masse tourne autour d'eux. Cela vient du fait que l'on prévoit qu'une énorme quantité de masse se trouve dans une très petite région. Même si nous ne pouvons pas mesurer la taille (aucune lumière ou information ne nous parvient), nous pouvons l'estimer à partir du comportement de la matière environnante et de la quantité de masse qui la fait tourner.

En ce qui concerne la taille des trous noirs, il existe une formule simple qui nous permet de calculer le rayon de l'horizon de l'événement :

\[R = 2 \cdot \frac{G \cdot M}{c^2}\]

Ici, G est la constante universelle de gravitation (avec une valeur approximative de 6,^{67⋅10-11 m3/s2⋅kg}), M est la masse du trou noir et c est la vitesse de la lumière.