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CHAPITRE 12. LE NEZ DANS LES ETOILES
de liaison par nucleon est la plus grande. Au dela, les reactions nucleaires deviennent
endothermiques, et aucun mecanisme ne peut plus empecher la contraction de l'etoile.
Cet effondrement genere au centre de l'etoile un creur qui ne se stabilise que lorsqu'il
atteint la densite de la matiere nucleaire. Au bout du processus, les couches externes de
l'etoile rebondissent de fa~on explosive sur ce creur, qui par neutronisation progressive,
devient une etoile a neutrons. La pression quantique des neutrons est susceptible alors
de compenser la gravitation, et la structure est stable clans un certain intervalle de
masse. Lorsque la masse de l'etoile a neutrons atteint environ trois masses solaires, la
vitesse de liberation a la surface de l'etoile a neutrons atteint la vitesse de la lumiere:
l'etoile a neutrons devient trou noir.
Les exercices suivant illustrent ces idees mais ils sont evidemment loin d'epuiser
la variete et la dynamique des objets stellaires. Ils en donnent cependant un premier
classement. Remarquons que le sujet fait appel a de nombreux domaines de la physique:
physique statistique, mecanique quantique appliquee a des objets macroscopiques,
gravitation 2 •
Remarque : Nous traitons ici de systemes gouvernes par une force a longue portee,
la gravitation. Comme indique clans l'introduction, ces systemes sont non extensifs,
et leur thermodynamique peut etre contre-intuitive. Par exemple, l'expression de
l'energie d'une etoile montre qu'il s'agit d'un systeme a chaleur specifique negative, cf.
solution de l'Ex. 12.3. Le fait que les structures gravitationnelles a grande echelle aient
des chaleurs specifiques negatives est fondamental pour l' evolution a long terme de
l'univers observable: il contredit l'idee classique, mais fausse, de mort thermique de
l'univers par uniformisation des temperatures. En effet, le contact entre deux systemes
initialement a des temperatures differentes ne conduit a une egalisation que si leurs
chaleurs specifiques sont positives.
12.1 Quelques donnees numeriques utiles
On prendra pour les masses du proton, du neutron, de l'helium et de l' electron
mp= 1,67265 X 10- 27 kg OU 938,27Mev
m11 =1,67495xl0- 27 kg ou 939,57Mev
2 Ceux qui voudraient approfondir leur connaissance peuvent se reporter a !'article synthetique de
Roger Balian et Jean-Paul Blaizot clans Am. J. Phys. 12, december 1999, et aux references qu'il contient,
notamment le livre de Chandrasekhar An introduction to the study of stellar structure, Dover.
CHAPITRE 12. LE NEZ DANS LES ETOILES
de liaison par nucleon est la plus grande. Au dela, les reactions nucleaires deviennent
endothermiques, et aucun mecanisme ne peut plus empecher la contraction de l'etoile.
Cet effondrement genere au centre de l'etoile un creur qui ne se stabilise que lorsqu'il
atteint la densite de la matiere nucleaire. Au bout du processus, les couches externes de
l'etoile rebondissent de fa~on explosive sur ce creur, qui par neutronisation progressive,
devient une etoile a neutrons. La pression quantique des neutrons est susceptible alors
de compenser la gravitation, et la structure est stable clans un certain intervalle de
masse. Lorsque la masse de l'etoile a neutrons atteint environ trois masses solaires, la
vitesse de liberation a la surface de l'etoile a neutrons atteint la vitesse de la lumiere:
l'etoile a neutrons devient trou noir.
Les exercices suivant illustrent ces idees mais ils sont evidemment loin d'epuiser
la variete et la dynamique des objets stellaires. Ils en donnent cependant un premier
classement. Remarquons que le sujet fait appel a de nombreux domaines de la physique:
physique statistique, mecanique quantique appliquee a des objets macroscopiques,
gravitation 2 •
Remarque : Nous traitons ici de systemes gouvernes par une force a longue portee,
la gravitation. Comme indique clans l'introduction, ces systemes sont non extensifs,
et leur thermodynamique peut etre contre-intuitive. Par exemple, l'expression de
l'energie d'une etoile montre qu'il s'agit d'un systeme a chaleur specifique negative, cf.
solution de l'Ex. 12.3. Le fait que les structures gravitationnelles a grande echelle aient
des chaleurs specifiques negatives est fondamental pour l' evolution a long terme de
l'univers observable: il contredit l'idee classique, mais fausse, de mort thermique de
l'univers par uniformisation des temperatures. En effet, le contact entre deux systemes
initialement a des temperatures differentes ne conduit a une egalisation que si leurs
chaleurs specifiques sont positives.
12.1 Quelques donnees numeriques utiles
On prendra pour les masses du proton, du neutron, de l'helium et de l' electron
mp= 1,67265 X 10- 27 kg OU 938,27Mev
m11 =1,67495xl0- 27 kg ou 939,57Mev
2 Ceux qui voudraient approfondir leur connaissance peuvent se reporter a !'article synthetique de
Roger Balian et Jean-Paul Blaizot clans Am. J. Phys. 12, december 1999, et aux references qu'il contient,
notamment le livre de Chandrasekhar An introduction to the study of stellar structure, Dover.