La mort du Soleil comme si vous y étiez

Observer le présent d’une étoile pour en déduire le futur d’une autre… C’est ce qu’ont fait les astronomes Pierre Kervella, de l’Observatoire de Paris, et Miguel Montargès, de l’Institut de radioastronomie millimétrique, cosignataires le mois dernier d’un article passionnant dans la revue « Astronomy & Astrophysics ». L’étoile témoin, c’est L2 Puppis – « L2 Pup » pour les intimes  – qui se trouve, comme son nom latin l’indique, dans la constellation de la Poupe, visible uniquement depuis l’hémisphère austral.

Perdue dans le fouillis d’astres du ciel nocturne, elle n’a commencé à attirer l’attention des astronomes qu’il y a quelques années, quand il a été décidé de faire des observations systématiques de quelques dizaines d’étoiles situées dans la « proche banlieue » du Soleil. L2 Pup est distante de notre astre de 208 années-lumière – quelques encablures seulement par rapport à l’énormité de l’univers observable. Quand les télescopes se sont pour la première fois braqués sur elle, les scientifiques ont cru voir qu’elle était entourée d’un disque nébuleux, ce qui l’a rendue à leurs yeux ­particulièrement intéressante. De nouvelles observations faites récemment sur le radiotélescope géant Alma, perché à plus de 5.000 mètres d’altitude dans le désert d’Atacama, au Chili, ont confirmé la présence de ce disque, constitué du gaz et de la poussière éjectés par l’étoile centrale et en rotation autour d’elle.

Les observations d’Alma, d’une précision inégalée, ont même fait mieux : elles ont permis de déterminer (par mesure de l’effet Doppler) la vitesse de rotation de tout ce gaz. Ce qui, en vertu d’une des lois de Kepler, a à son tour permis aux astronomes d’en déduire la masse de l’étoile. Et, grâce à cette dernière, son âge. L2 Pup est très vieille : environ 10 milliards d’années, soit plus de deux fois plus que le Soleil, âgé de 4,57 milliards d’années. Et sa masse ne vaut plus que 0,66 fois celle de notre étoile. Mais c’est qu’elle a fondu d’un tiers ! « Il y a 5 milliards d’années, L2 Pup était une sorte de sœur jumelle de l’actuel Soleil et sa masse était alors de 1 masse solaire, la même que celle de notre Soleil », explique Pierre Kervella. Et c’est bien ce qui nous rend L2 Pup si précieuse : elle nous montre aujourd’hui ce qu’il adviendra du Soleil dans un peu plus de 5 milliards d’années.

Tout en perdant progressivement de la masse par éjection d’une partie de la matière qui la constitue, L2 Pup a considérablement enflé. Son rayon vaut 123 fois celui du Soleil ! Ces deux phénomènes simultanés, réduction de la masse et augmentation du volume, sont les caractéristiques essentielles de la transformation dramatique que L2 Pup est en train de vivre sous nos yeux : le passage d’une étoile de type solaire à l’état de « géante rouge ». Un destin qui sera aussi celui du Soleil.

Cadavres d’étoiles

Transposée dans le Système solaire, L2 Pup engloberait dans son sein brûlant Mercure, la planète la plus proche du Soleil. Au terme du processus de transformation en géante rouge, Vénus, deuxième de liste, sera elle aussi absorbée et réduite en cendres par la boule de feu en expansion. Mais quid de la Terre, en troisième position ? Eh bien, pour la Terre, les prévisions se compliquent un peu, car elle sera juste à la limite.

En fait, cette « limite » est assez floue dans la mesure où l’étoile, parvenue au stade de géante rouge, n’a plus vraiment de surface : le gaz devient juste toujours plus dense à mesure qu’on s’approche du centre. Or, quand une planète tourne autour d’une étoile, elle obéit aux lois de la mécanique. Une de ces lois stipule que, si cette vitesse de rotation ralentit, la planète, perdant de l’énergie cinétique, se mettra à « spiraler » en boucles toujours plus resserrées autour de l’étoile jusqu’à finir par s’écraser sur elle. C’est ce qui arrivera à Vénus, freinée par les gaz éjectés du Soleil quand celui-ci deviendra à son tour une géante rouge.

Mais un autre phénomène compense en partie celui-là. La perte de masse de l’étoile a comme conséquence, toujours selon les mêmes lois de la mécanique newtonienne, d’agrandir les orbites des planètes : celles-ci vont donc toutes s’éloigner dans un même mouvement de l’étoile. Les astronomes appellent unité astronomique (UA) la distance Soleil-Terre, qui est d’environ 150 millions de km. La Terre est, par définition, éloignée d’une UA du Soleil ; quand le Soleil, devenu une géante rouge, aura perdu la moitié de sa masse, cette distance sera de deux  UA. Assez pour éviter à la Terre de spiraler jusqu’au cœur de l’étoile, comme sa voisine Vénus ? Les spécialistes en discutent encore. De toute façon, la vie à sa surface aura alors disparu depuis bien longtemps.Le stade « géante rouge » n’est que transitoire et dure très peu de temps : 500 millions d’années, soit 5 % de l’âge actuel de L2 Pup. Pendant 95 % de sa vie, celle-ci a été une étoile de type solaire, stable et immuable. Puis le processus de fusion thermonucléaire en son sein s’est emballé et elle est devenue une géante rouge. « Il faut voir une étoile comme la résultante d’un subtil équilibre, explique Miguel Montargès. Il y a, d’un côté, la gravité engendrée par la masse de matière, qui tend à la faire s’effondrer sur elle-même. Et, de l’autre, les formidables bouffées d’énergie dégagées en son cœur par la fusion thermonucléaire qui la pousse au contraire à se gonfler, à s’étendre dans toutes les directions. » La « crise » correspondant à la transformation en géante rouge n’est rien d’autre que la rupture de ce bel équilibre qui a fonctionné pendant des milliards d’années. Quand une étoile atteint l’âge respectable qui est celui de L2 Pup aujourd’hui, l’essentiel de son « carburant » thermonucléaire, l’hydrogène, a déjà été transformé en hélium par le processus de fusion. Or, pour continuer d’entretenir cette fusion, l’hélium a besoin d’une température et d’une pression plus élevée que l’hydrogène. Sa fusion dégage plus d’énergie. Pour pouvoir évacuer ce trop-plein, l’étoile augmente sa surface et sa luminosité, donc son volume. Au stade ultime, lui aussi éminemment stable, L2 Pup et le Soleil finiront en « naines blanches ». Des étoiles mortes, d’une taille proche de celle de la Terre, constituées des résidus de la fusion nucléaire… et extrêmement denses : un centimètre cube de naine blanche a une masse d’une tonne ! De bien lourds cadavres d’étoiles…