La plus petite étoile connue de la séquence principale dans la galaxie 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. Cela en fait la plus petite étoile connue à supporter la fusion de l’hydrogène dans son noyau, 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 minuscule étoile. L’un est le Soleil, évidemment. L’autre est Jupiter, comme une boule de glace géante, qui arrive avec un rayon moyen de 69 911 kilomètres.
Alors pourquoi Jupiter est une planète et pas 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 d’environ 85 fois celle de Jupiter, à peu près aussi légère qu’une étoile peut l’être – 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 se ressemblent plus que vous ne le pensez
La géante gazeuse n’est peut-être pas une étoile, mais Jupiter est tout de même une grosse affaire. Sa masse est 2,5 fois celle de toutes les autres planètes réunies. C’est juste que, étant une géante gazeuse, sa densité est vraiment faible : environ 1,33 gramme par centimètre cube ; la densité de la Terre, avec 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. Jupiter, en masse, est constitué d’environ 73 pour cent d’hydrogène et de 24 pour cent d’hélium.
C’est pour cette raison que Jupiter est parfois appelé une étoile ratée.
Mais il est encore peu probable que, laissée aux propres moyens du système solaire, Jupiter devienne même proche d’être une étoile.
Les étoiles et les planètes, voyez-vous, naissent 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 entraîne davantage de matière du nuage qui l’entoure dans un disque d’accrétion stellaire.
A mesure que la masse – et donc la gravité – augmente, le noyau de la petite étoile est comprimé de plus en plus étroitement, ce qui fait qu’il devient de plus en plus chaud. 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 tout un 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 par de minuscules morceaux de roche et de poussière glacée 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 en croissance atteignent une taille suffisamment grande – environ 10 masses terrestres – pour pouvoir attirer gravitationnellement 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 englouti toute la matière disponible – à une distance assez éloignée de la masse requise pour la fusion de l’hydrogène – il a cessé de croître.
Donc, Jupiter n’a jamais été près de devenir assez massif pour devenir une étoile. Jupiter a une composition similaire à celle du Soleil, non pas parce qu’il était une « étoile ratée » mais parce qu’il est né du même nuage de gaz moléculaire qui a donné naissance au Soleil.
Les véritables étoiles ratées
Il existe une autre classe 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.
Débutant à plus de 13 fois la masse de Jupiter, ces objets sont suffisamment massifs pour supporter 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 le chemin de la fusion de l’hydrogène pour les étoiles, alors qu’elles continuent à accréter 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. Et certaines naines brunes sont même en dessous de la masse pour la combustion du deutérium, indiscernables des planètes.
Jupiter est juste sur la limite inférieure de masse pour l’effondrement de 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 à partir d’un effondrement de nuage, il pourrait être considéré comme une étoile ratée.
Mais les données de la sonde Juno de la NASA suggèrent que, autrefois au moins, Jupiter avait un noyau solide – et cela 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, orageuse, tourbillonnante et caramel dans son propre droit. Et sans elle, nous, les humains, n’aurions peut-être même pas pu exister.
Ceci, cependant, est une autre histoire, à raconter une autre fois.