La plus petite étoile connue de la séquence principale de la Voie lactée est un véritable lutin.
Il s’agit de EBLM J0555-57Ab, une naine rouge située à 600 années-lumière. Avec un rayon moyen d’environ 59 000 kilomètres, elle est à peine plus grande que Saturne, ce qui en fait la plus petite étoile connue à entretenir la fusion de l’hydrogène en son cœur, le processus qui permet aux étoiles de brûler jusqu’à ce qu’elles n’aient plus de carburant.
Dans notre système solaire, il y a deux objets plus grands que cette petite étoile. L’un est le Soleil, évidemment. L’autre est Jupiter, comme une boule de glace géante, avec un rayon moyen de 69 911 kilomètres.
Alors pourquoi Jupiter est une planète et non une étoile ?
La réponse courte est simple : Jupiter n’a pas assez de masse pour fusionner l’hydrogène en hélium. EBLM J0555-57Ab a une masse environ 85 fois supérieure à celle de Jupiter, soit la masse la plus légère qu’une étoile puisse avoir – si elle était inférieure, elle ne pourrait pas non plus fusionner l’hydrogène. Mais si notre système solaire avait été différent, Jupiter aurait-il pu s’enflammer pour devenir une étoile ?
Jupiter et le Soleil sont plus semblables que vous ne le pensez
La géante gazeuse n’est peut-être pas une étoile, mais Jupiter n’en est pas moins une grosse affaire. Sa masse est 2,5 fois supérieure à celle de toutes les autres planètes réunies. C’est juste qu’étant une géante gazeuse, sa densité est très faible : environ 1,33 gramme par centimètre cube. La densité de la Terre, 5,51 grammes par centimètre cube, est un peu plus de quatre fois supérieure à celle de Jupiter.
Mais il est intéressant de noter les similitudes entre Jupiter et le Soleil. La densité du Soleil est de 1,41 gramme par centimètre cube. Et les deux objets ont une composition très similaire. En masse, le Soleil est composé d’environ 71 % d’hydrogène et 27 % d’hélium, le reste étant constitué de traces d’autres éléments. La masse de Jupiter est composée d’environ 73 % d’hydrogène et de 24 % d’hélium.
Illustration de Jupiter et de sa lune Io. (Centre de vols spatiaux Goddard de la NASA/CI Lab)
C’est pour cette raison que Jupiter est parfois qualifiée d’étoile ratée.
Mais il est encore peu probable que, laissée à elle-même, Jupiter devienne une étoile, si tant est qu’elle le soit.
Les étoiles et les planètes, voyez-vous, sont nées par deux mécanismes très différents. Les étoiles naissent lorsqu’un nœud dense de matière dans un nuage moléculaire interstellaire s’effondre sous l’effet de sa propre gravité – pouf ! flomph ! – en tournant sur lui-même dans un processus appelé effondrement du nuage. Au fur et à mesure qu’il tourne, il attire davantage de matière du nuage qui l’entoure pour former un disque d’accrétion stellaire.
Au fur et à mesure que la masse – et donc la gravité – augmente, le cœur de la jeune étoile est comprimé de plus en plus étroitement, ce qui la rend de plus en plus chaude. Finalement, il devient si comprimé et si chaud que le noyau s’enflamme et que la fusion thermonucléaire démarre.
Selon notre compréhension de la formation des étoiles, une fois que l’étoile a fini d’accréter de la matière, il reste une grande quantité de disque d’accrétion. C’est de cela que sont faites les planètes.
Les astronomes pensent que, pour les géantes gazeuses comme Jupiter, ce processus (appelé accrétion de cailloux) commence avec de minuscules morceaux de roche et de poussière glacées dans le disque. En tournant autour de la petite étoile, ces morceaux de matière commencent à entrer en collision, se collant les uns aux autres grâce à l’électricité statique. Finalement, ces amas croissants atteignent une taille suffisante – environ 10 masses terrestres – pour attirer gravitairement de plus en plus de gaz du disque environnant.
À partir de là, Jupiter a progressivement atteint sa masse actuelle – environ 318 fois la masse de la Terre et 0,001 fois la masse du Soleil. Une fois qu’il a absorbé toute la matière disponible – à une distance assez éloignée de la masse requise pour la fusion de l’hydrogène – il a cessé de croître.
Ainsi, Jupiter n’a jamais été près de devenir assez massif pour devenir une étoile. La composition de Jupiter est similaire à celle du Soleil, non pas parce qu’il s’agissait d’une “étoile ratée”, mais parce qu’il est né du même nuage de gaz moléculaire que celui qui a donné naissance au Soleil.
(NASA/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt/Seán Doran/Flickr/CC-BY-2.0)
Les véritables étoiles ratées
Il existe une autre catégorie d’objets qui peuvent être considérés comme des “étoiles ratées”. Il s’agit des naines brunes, qui comblent le vide entre les géantes gazeuses et les étoiles.
Ces objets, dont la masse est environ 13 fois supérieure à celle de Jupiter, sont suffisamment massifs pour permettre la fusion du noyau, non pas d’hydrogène normal, mais de deutérium. Ce dernier est également connu sous le nom d’hydrogène “lourd” ; c’est un isotope de l’hydrogène dont le noyau contient un proton et un neutron au lieu d’un seul proton. Sa température et sa pression de fusion sont inférieures à celles de l’hydrogène.
Parce qu’elle se produit à une masse, une température et une pression inférieures, la fusion du deutérium est une étape intermédiaire sur la voie de la fusion de l’hydrogène pour les étoiles, qui continuent à accumuler de la masse. Mais certains objets n’atteignent jamais cette masse ; on les appelle des naines brunes.
Pendant un certain temps après la confirmation de leur existence en 1995, on ne savait pas si les naines brunes étaient des étoiles peu performantes ou des planètes trop ambitieuses ; mais plusieurs études ont démontré qu’elles se forment comme les étoiles, par effondrement du nuage plutôt que par accrétion du noyau. Mais plusieurs études ont démontré qu’elles se forment comme des étoiles, par effondrement des nuages plutôt que par accrétion du noyau. Certaines naines brunes ont même une masse inférieure à celle nécessaire à la combustion du deutérium et ne peuvent être distinguées des planètes.
Jupiter se situe juste à la limite inférieure de la masse pour l’effondrement d’un nuage ; la plus petite masse d’un objet d’effondrement de nuage a été estimée à environ une masse de Jupiter. Donc, si Jupiter s’était formé par effondrement de nuages, il pourrait être considéré comme une étoile ratée.
Mais les données de la sonde Juno de la NASA suggèrent qu’à une époque au moins, Jupiter avait un noyau solide, ce qui est plus cohérent avec la méthode de formation par accrétion du noyau.
La modélisation suggère que la limite supérieure de la masse d’une planète, se formant par accrétion du noyau, est inférieure à 10 fois la masse de Jupiter – à quelques masses de Jupiter près de la fusion du deutérium.
Donc, Jupiter n’est pas une étoile ratée. Mais réfléchir aux raisons pour lesquelles elle n’en est pas une peut nous aider à mieux comprendre le fonctionnement du cosmos. De plus, Jupiter est une merveille striée, tourbillonnante et caramel dans son propre droit. Et sans elle, nous les humains tempétueux, n’aurions peut-être même pas pu exister.
Ceci, cependant, est une autre histoire, à raconter une autre fois.