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Un chant du cygne assourdissant
La fin de la vie des étoiles de plus de 8 masses solaires se termine, contrairement aux plus légères, dans un véritable feu d'artifice cataclysmique. Mais regardons d'abord le cours des événements qui précipitent la mort des étoiles massives.
La vie des étoiles les plus lourdes dure bien moins longtemps que celles de type solaire. La raison en est leur plus grande luminosité, luminosité qui est un miroir du rythme auquel sont consommées les réserves en carburant nucléaire de l'étoile en question. Ainsi, si les réserves en noyaux à fusionner est simplement proportionnelle à la masse, la luminosité est par contre proportionnelle à la puissance 3,5 de la masse. En données chiffrées, une étoile deux fois plus massive que le Soleil vivra dix fois moins longtemps. Les étoiles les plus massives qui puissent naître, avoisinant les 150 masses solaires, ne vivent que quelques millions d'années.
Toutes les phases de la vie d'une étoile vont donc se succéder plus vite chez les plus massives. Comme toutes les autres, elles fusionnent leur hydrogène en hélium, leur hélium en carbone, oxygène et néon, leur carbone et leur oxygène en magnésium et en soufre, ce jusqu'au fer.
Les étoiles massives peuvent braver les barrières de répulsion qui séparent les noyaux grâce à leur plus grande quantité de matière : la contraction gravitationnelle est bien plus efficace, et les noyaux sont réchauffés, donc accélérés à des vitesses qui permettent la fusion entre eux avant de dégénérer en une matière inerte.
Mais le fer est une limite naturelle aux réactions de fusions thermonucléaires. En étant le plus stable de la nature, le noyau de fer ne peut ni se casser ni fusionner avec d’autres sans qu’on lui apporte de l’énergie, alors que jusqu’ici l’étoile utilise la fusion pour produire de l’énergie.
C'est pour cela qu'une fois arrivée au fer, l'étoile a signé son arrêt de mort. L'accumulation de matière incapable de fusionner au centre de l'astre pousse les couches externes à entrer en fusion à leur tour ; mais les chaînes de réactions étant plus diverses et plus nombreuses que dans les étoiles moins massives, l'étoile mourante se met à grossir dans des proportions gigantesques : les plus grosses étoiles de type supergéantes rouges (super pour indiquer leur taille largement supérieure aux simples géantes), mises à la place du Soleil, pourraient s'épanouir jusqu'à l'orbite de saturne, à 1 milliards et demi de kilomètres de là !
C'est la dernière journée de l'étoile : la formation du cœur en fer ne prend en effet que 24 heures... Il y a plusieurs morts possibles pour une étoile massive. Si l'étoile ne fait pas beaucoup plus que 8 masses solaires, la contraction qui suit l'arrêt des réactions fait dégénérer la matière. Mais la masse de fer dépasse la limite de 1,44 masse du Soleil, et la pression de dégénérescence entre électrons ne fait plus le poids. Alors, ils sont précipités dans les noyaux, rencontrent les protons, et forment des neutrons. Ce phénomène est la neutronisation.
Si maintenant l'étoile est vraiment massive, la température sera très élevée, et les photons, particules de lumière piégées dans le plasma acquièrent une énergie telle qu'ils peuvent briser les noyaux de fer en petits noyaux d'hélium ; on passe ainsi de 56 particules pour le fer en 14 fois quatre particules pour l'hélium. Mais cette absorption de photons est une absorption d'énergie, qui contrecarre l'effondrement.
