formation des etoiles ( niveau BAC+3 en physique )

Bonjour a tous^^

voila dans le cadre de ma licence de physique, je doit rédiger un exposer sur "la dynamique de formation des etoiles AVEC et SANS moment cinétique initial"

pour ce qui est de la présence d'un moment cinétique, je suis ok : j'ai bien compris les phenomenes d'effondrement gravitationnels, de masse de Jeans, de disque d'accrétion et de reactions thermonucléaire interne... ( enfin le tout a mon niveau bien entendu )

mais je seche pour l'absence de moment cinetique... les seules infos que j'ai trouvé concernent les etoiles de population III ( donc les premieres qui ont ete créées ) mais on m'explique qu'il intervient une rotation dans la phase de compression de la poussiere autour de la matiere noire ???

enfin voila je patauge un peu donc si vous pourriez m'aider ce serais sympa...

merci d'avance et bravo pour votre forum ^^

Les modèles sans moment cinétique initial m'apparaissent justement comme les plus simples : la symétrie sphérique est conservée tout au long de l'effondrement, du moins si ladite symétrie est une condition initiale, bien entendu.

Les informations concernant la formation des premières étoiles me semblent, à première vue et d'après ce que j'en lis ici, chercher dans le raffinement et dans la tentative de compléter les modèles, probablement "trop" simples, sans moment cinétique. Autre donnée qui m'intrigue : les étoiles de population III ne sont pas censées contenir de poussière.

Un moment cinétique, même si on le considère absent eu départ, peut apparaître suite aux turbulences internes du gaz. Des mouvements et courants turbulents, même aléatoires et de petite échelle sont exacerbés pendant la rotation et peuvent se muer en une rotation d'ensemble avant la fin de l'effondrement. C'est, si la comparaison est permise, ce qui se passe pendant la vidange d'une baignoire : même si la masse de liquide n'est pas dans son ensemble mise en rotation, on observe quand même un mouvement plus ou moins ordonné apparaître à partir des petits remous internes.

tout d'abords merci de m'avoir repondu^^

pour repondre a ta question, la "poussiere" dont je parlai illustrait les atomes d'hydrogene et d'helium presents.

sinon je comprend bien ce que tu veut dire pour le mouvement rotatif provenant des perturbations internes et je suis assez d'accord avec cela mais dans ce cas, la seule difference entre ces 2 phenomene est la rotation ( ou non ) du nuage moleculaire initial...

Je crois qu'il ne fallait pas chercher la différence plus loin : rotation d'ensemble du nuage primordial ou non (qui n'est pas moléculaire chez les étoiles de population III), l'objet final semble devoir tourner sur lui-même, plus ou moins vite selon le moment cinétique initial.

ok mais l'objet n'ayany pas eu cet apport d'energie dès le debut ne sera-t-il pas plus petit que l'autre au final ???

Le "plus ou moins vite selon le moment cinétique initial" de mon précédent message recouvrait le fait que plus ce moment est élevé au début, plus il sera aussi à la fin et plus l'étoile formée tournera plus vite sur elle-même. Mais cela ne se traduira pas dans une différence de taille : un objet stellaire ne se stabilise pas quand la tendance à l'effondrement gravitationnel est contrebalancée par la force centrifuge induite par la rotation, mais par pression thermique (d'abord) et radiative (prenant progressivement de l'importance, pour suffire à stabiliser l'étoile une fois que la fusion nucléaire, processus producteur de photons, est enclenchée).

ok...

A bien y réfléchir, il peut effectivement y avoir une différence de taille, mais essentiellement de taille du disque d'accrétion, celle-ci grandissant en proportion du moment cinétique initial. Et contrairement à l'étoile finale, il y a d'abord une stabilisation par la force centrifuge (d'où la forme de disque plat, d'ailleurs) avant que les frictions internes ne laissent libre cours à l'accrétion proprement dite. Du moment cinétique initial doit aussi dépendre la masse de la proto-étoile qui se constitue directement après la contraction du nuage, cette proto-étoile gagnant de la masse par accrétion ensuite, pour atteindre sa masse "définitive".

je viens de tomber sur les travaux de Galli & Shu traitant justement de ce probleme et d'apres leurs travaux, c'est une force de Laplace créée par le champ magnetique de la proto-étoile qui entretiendrait la rotation et donc la formation du disque...

L'intervention d'un couplage magnétique entre proto-étoile et son disque d'accrétion a servi à résoudre le problème du moment cinétique dont souffrait le modèle primitif de formation des systèmes planétaires (que l'on doit à Laplace aussi). Le Système Solaire en est une illustration, avec un corps central qui ne détient que 3 % du moment cinétique total, alors qu'il devrait s'en accaparer la plus grande part en raison de sa masse. Le couplage magnétique entre la proto-étoile et son disque permet de transférer le moment cinétique de la première au second. En termes imagés, les lignes du champ ancrées à la fois dans l'étoile et dans le disque sont distordues par la rotation de l'étoile qui tend à accélérer. Cette distorsion ralentit l'étoile et le moment cinétique est transféré au disque.

ok je comprend tout cela... mais maintenant je suis exposer au probleme suivant... que raconter dans mon exposé sur l'absence de moment cinetique initial ??? lol ( dsl je craque )

Peut-être replacer les choses dans leur contexte, et mentionner que les modèles de formation stellaire sans moment cinétique appartiennent aux premières tentatives de comprendre et décrire le phénomène, et qu'en cela ils adoptent une démarche réductionniste, ne gardant que les variables et conditions essentielles et négligeant les phénomènes secondaires ou trop difficiles à intégrer dans le modèle. L'observation montre que les mouvements des régions de formation stellaire comprennent une composante faible mais assimilable à une rotation d'ensemble. Un modèle sans moment cinétique initial n'a alors d'intérêt à l'étude que dans une perspective toute "académique" de construction d'une ébauche grossière d'un modèle théorique dont on admet le besoin d'être raffiné et complété. Une sorte de brouillon (rendu comme tel suite à l'avènement de modèles plus complets) qui insiste davantage sur les grandes lignes que sur le détail.

c'est vrai que ca tien la route comme raisonnement mais ne peut il pas y avoir de mouvement creer par cette force de lorentz... j'imagine un effondrement sans rotation puis par action du champ magnetique de la masse de gaz, une force de Lorentz induite provoquerait la rotation de l'ensemble... tout du moins c'est ce que je pensait ce matin... mais là...

Ha d'accord, vut que l'on parle des étoiles ue question que je me demande depuis vraiment longtemps et que j'ai émis une hypothèse mais que je ne suis pas totalement sûre. Pourquoi est-ce que les étoiles sont rondes?

Sans trop argumenter mon point de vue je pense que c'est parce qu'une étoile à l'origine possède une masse définie(réparti dans un volume non uniforme) et que celui-ci est dû tout simplement à l'attraction gravitationnelle entre les atomes d'hydrogènes. Mais cela me semble beaucoup trop simpliciste!? Et ensuite voilà le problème vu qu'une étoile posède une rotation, et bien cela voudrais dire que le gaz est en stabilité stabilité statique!?

Suis-je dans le champs?
Amicalement Votre
MYast

phlegyas, ce que vous dîtes me semble juste, mais je ne suis pas experte en force électromagnétique.

Pour répondre a ta question, les etoiles ont une forme spherique car c'est l'etat qui consomme le moins d'energie. ( d'apres mon prof de thermo ^^ apres... )

Phlegyas - - Les réflexions sur le champ magnétique sont correctes, mais elles ne sont pas tout à fait dans le propos si le modèle n'inclut pas déjà le moment cinétique initial. S'il fallait faire voir les choses autrement, je dirais que cela reviendrait à se demander où placer la cerise d'un gâteau qui se limiterait à sa seule pâte, sans aucune autre garniture. Non pas que l'introduction d'un phénomène électromagnétique représente un raffinement suprêmement délicat dans l'élaboration des modèles, mais cette élaboration s'effectue néanmoins en quelques étapes successives, où l'on tente chaque fois de rendre le scénario plus crédible et conforme à la réalité observée. Et pour en revenir à des développements moins théoriques, il faut se rappeler que le magnétisme est loin d'être un élément important d'une étoile en voie de formation. La matière à la base des premières étoiles était totalement neutre, et ce n'est pas loin d'être le cas pour les étoiles qui se forment actuellement. En effet, la formation d'une étoile passe par une sorte d'isolement d'une masse gazeuse et poussiéreuse qui se contracte. Cette densification favorise les recombinaisons entre électrons et ions dans l'éventualité où la matière est ionisée, même partiellement. La part de plasma qui reste peut alors être influencée par le faible champ magnétique galactique avant que la proto-étoile ne devienne elle-même une boule de plasma déployant son propre champ magnétique autour d'elle.

Myast - - Les étoiles sont des boules parce que c'est le volume le plus compact qui soit. En comparant entre eux différents solides de même volume mais de formes différentes, on constate que la surface externe est minimale pour la boule. Une étoile, comme une planète ou un gros satellite d'ailleurs, prend une forme sphérique car toutes les parcelles de l'astre sont attirées par le centre de gravité. Toutes veulent donc se rapprocher le plus possible de ce centre, et le volume qui permet de satisfaire cette tendance est le volume le plus compact possible, en un mot la boule.

Il est également possible de faire intervenir la notion d'énergie, comme l'explique phlegyas via son professeur de thermodynamique. Chaque particule qui compose une étoile est à l'intérieur de son champ gravitationnel, en conséquence de quoi elle possède une réserve d'énergie qui dépend de sa position dans le champ gravitationnel en question. Ce n'est rien d'autre que ce qu'on appelle "énergie potentielle" à la surface de la Terre. Cette énergie potentielle diminue quand on se rapproche du centre de gravité, car elle se convertit en une autre forme d'énergie, ou plutôt en deux autres formes d'énergie : d'une part l'énergie cinétique (l'objet tombe, donc il faut bien une énergie pour le mettre en mouvement) et d'autre part l'énergie calorifique ; l'objet se réchauffe. Bon, quand on fait basculer sa tartine de la table, on ne ramasse pas un toast, mais l'effet devient évident à une beaucoup plus grande échelle, notamment quand une étoile est en voie de formation.

Il me semble que je suis allé un peu trop loin, et je reviens sur le fil rouge : la forme sphérique est bien l'état qui consomme le moins d'énergie, si l'on précise que cette énergie est potentielle, car chaque particule d'une boule ne peut pas davantage se rapprocher du centre, donc perdre de l'énergie qui aiderait le système entier (l'étoile) à rejoindre son niveau d'énergie minimal.

On peut aussi dire que si une grosse bosse existait à la surface d'une étoile, cette bosse (contenant une certaine quantité de matière) pèserait si lourd qu'elle s'étalerait et s'aplatirait, lissant du même coup l'ensemble de la surface stellaire. Plus la pesanteur d'un corps est intense, plus les irrégularités éventuelles de sa surface doivent être petites, sans quoi elles s'effondreraient sous leur propre poids. Comme l'effondrement s'effectue toujours vers le centre du corps que l'on considère, la surface de ce corps tendra à épouser la forme d'une surface dont chaque point est à la même hauteur, à la même distance par rapport au centre, de manière à éviter l'apparition de bosses et de creux. Et une surface dont chaque point est à la même distance d'un centre n'est rien d'autre qu'une sphère.

Voilà, il y a finalement diverses manières d'expliquer le phénomène, suivant que l'on s'intéresse aux causes vraiment primaires, en faisant intervenir les notions d'énergie et de potentiel ou en mettant en avant des effets plus concrets et évidents, comme l'aplatissement des bosses et le remplissage concomitant des creux sous l'effet de leur poids.

ok je voit où tu veut en venir et justement j'orientais mon rapport dans ce sens... finalement le fait de ne pas prendre en considération le moment cinetique initial n'etait qu'une premiere approche un peu sommaire de ce mecanisme bien plus compliquer...

malgré tout, est ce que la temperature reignant dans la proto-étoile pendant l'accretion n'est pas suffisant pour ioniser la matiere et donc creer un champ magnetique autour de la structure globale ( je te renvoit aux jets de plasmas qui caracterisent certaines protoétoiles )

après est-ce que cela joue un rôle important dans la creation d'une rotation, je pense que non est qu'elle etait presente bien avant pour pouvoir creer un tel systeme de disque.

en gros voila où j'en suis ^^ ( au faite merci de me donner un coup de main )

Tout à fait. L'ionisation de la matière qui compose l'étoile (essentiellement de l'hydrogène) a lieu quand la température atteint environ 3000 degrés, et une température quatre à cinq fois plus élevée ionise l'hélium. Or l'intérieur d'une étoile doit atteindre dix millions de degrés avant de faire accéder l'objet sur la séquence principale, aussi la proto-étoile est une boule de plasma capable d'entretenir un champ magnétique bien avant de devenir une étoile proprement dite.

On peut aussi ajouter que pendant sa contraction, la proto-étoile ionisée élimine son énergie gravitationnelle sous forme de chaleur d'abord, et cette chaleur est évacuée de l'intérieur de l'étoile par des mouvements de convection. L'ordre de grandeur pour la durée de cette étape se situe dans le million d'années, avec une diminution de cette durée quand la masse de l'étoile augmente. Les mouvements de convection dans un plasma sont propres à générer un champ magnétique global.

Il semble que les jets de plasma soient une solution au problème du moment cinétique : l'éjection de matière par la proto-étoile est un bon moyen pour elle de ralentir sa rotation. Certes, une éjection dans l'axe des pôles n'est pas l'idéal ni terriblement efficace, mais ça marche quand même. Néanmoins, la liaison magnétique entre proto-étoile et disque d'accrétion peut toujours intervenir en même temps.

Voilà une illustration :



Un fait intéressant avec ces étoiles à large disque et éjectant des courants gazeux est que les masses que l'on a pu leur mesurer sont voisines de celles du Soleil. Il y a là une excellente raison de penser que le Soleil était une étoile semblable (plus spécifiquement une variable "T Tauri"), dont les phénomènes magnétiques ont permis à la rotation solaire de substantiellement ralentir.

D'accord j'ai très bien compris pourquoi, dans le fond c'est tou simplement à cause que son centre crée un puit gravitationnel et que la matière tend vers le centre mais un peu avec l,interaction des atomes d'hydrogènes cependant trop vulgarisé il faut prendre en considération le centre et oui il est logique selon la gravité que se soit rond, il y a aussi l'efet thermodynamique qui est logique dans le fond une étoile n'a pas le choix d'être ronde ou presque.....

Mais pour la stabillité statique, j'en déduis que oui l'on a réellement ceci parce que la gravité est plus forte que l'activité magnétique à cause de la masse élevée, mais nécisitez pas à me le dire si je suis fautive.

Autre problématique.... le noyau de l'étoile lui pourquoi devient-il plus massif que les atomes éparpillés? D'où vient-il? J'ai compris l'affaire du mouvement cinétique initial mais qu'elle est l'origine du noyau? C'est juste une petite précission pour bien me faire comprendre.

C'est vraiment intéressant toute la formation des étoiles, j'apprends beaucoup sur les astres bien que moi c'est tout le coté cosmologie et physique qui m'intéreste mais l'on en sait jamais trop et une meilleure connaissance de l'un améliore celle de l'autre. Naos vous aviez faim avec vos exemple de bouffe:lol: mais c'était des bons exemples
Merci beaucoup et bonne chance phlegyas pour votre exposé
Amicalement Votre
MYast

Une étoile est en équilibre hydrostatique (à mon avis meilleure formulation de "stabilité statique") car chaque élément de son volume est soumis à deux forces égales et opposées, qui s'annihilent l'une l'autre et rendent l'élément a priori immobile. La première force est la gravité : chaque élément est attiré par toute la matière qui se trouve entre lui et le centre de l'étoile. La seconde force est la pression, qui agit vers l'extérieur, en sens opposé à la gravité. Dans une étoile interviennent deux types de pression : la première est la pression thermique, celle dont on fait l'expérience courante et qui augmente avec la température, d'où l'adjectif thermique. L'autre pression est dite radiative, ou de radiation : la lumière produite au centre de l'étoile, suite aux cycles de fusions nucléaires, a naturellement tendance à se disperser vers l'extérieur de l'étoile, mais il se trouve que le plasma constituant l'étoile est presque parfaitement opaque. La lumière dépensera une grande partie de son énergie pour la simple tâche de traversée de l'épaisseur de l'étoile, jusqu'à atteindre son bord. L'énergie dépensée est communiquée aux particules rencontrées par la lumière sur son chemin tortueux, ce qui leur permet d'exercer une pression vers l'extérieur, dans le même sens que la propagation de la lumière.

Cet équilibre entre pression(s) et gravité est stable car la pression dépend de l'état de "compacité" de l'étoile, et cette compacité provient d'une contraction gravitationnelle. Je m'explique : imaginons qu'une étoile se contracte, pour une raison quelconque. A l'intérieur, la pression thermique augmentera, car la contraction fait augmenter la température. La température et la densité accrues au centre accéléreront le rythme des réactions nucléaires, et la production de lumière qui s'ensuit augmentera également. Les pressions thermique et radiative font en sorte de dilater l'étoile, qui rejoint alors sa taille initiale.

Si pour une raison elle aussi quelconque l'étoile est amenée à se dilater, elle gagnera de l'énergie potentielle qui se soldera par une perte d'énergie thermique : l'intérieur stellaire se refroidira. Le refroidissement entraîne une baisse de la pression thermique comme celle du taux des réactions nucléaires, ceci ayant pour conséquence de faire baisser la production de lumière au coeur de l'étoile. Les pressions n'étant plus assez intenses pour "porter" une étoile dilatée, l'objet s'affaisse à nouveau sur lui-même et retrouve son diamètre de départ.

Chez certaines étoiles, les variables pulsantes, ce processus se produit continuellement et de manière cyclique, périodique ou non.

J'ai un peu de mal à comprendre l'expression "plus massif que les atomes éparpillés" concernant le noyau d'une étoile. Mais si, quand une étoile se constitue, elle prend la forme d'un disque avec un bulbe épais au centre, c'est parce que dès le départ la matière du nuage gazeux primitif est attiré par le centre de gravité du nuage, là où prendra place l'étoile une fois formée. Le moment cinétique empêche juste la matière de se condenser d'un coup en un seul objet et en un seul endroit.

Quand je veux dire plus massif que les atomes éparpillés je voulais dire que je pensais que le noyau de départ était absolument une roche par exemple.

En réalité non ; la composition chimique d'une étoile est homogène quand elle se forme, et l'ensemble est gazeux.

ok je te remercie pour toutes ces precisions... je suis en train de boucler mon rapport et tu ma bien aider qur quelques point precieux.

encore merci pour tout

Eh bien je suis plutôt content devoir que tu es arrivé à quelque chose qui te satisfait. S'il y avait moyen d'avoir une copie de ce rapport, sous un quelconque format, j'en serais assez curieux, j'avoue...