Une planète peut-elle exploser ?

Avis aux férus d'astronomie :

Ce matin, au petit dej, mon grand (6 ans) m'a posé une colle : comment une planète peut-elle exploser ?

Bon, instinctivement, j'ai pensé "exploser naturellement" et non pas "exploser à la suite d'une catastrophe nucléaire" ou "exploser à la suite d'un choc avec un autre objet céleste"... (Avec le recul, je me dis que j'ai négligé une part importante des possibilités, mais bref...)
Je lui ai répondu qu'à ma connaissance, une planète n'explose pas, contrairement aux étoiles qui ont une durée de vie avec une naissance et une mort, comme nous les humains.

Il m'a alors demandé comment explosait une étoile.
Je lui ai répondu qu'elle dégage beaucoup d'énergie et qu'elle finit par être toute vide en dedans, et que du coup, elle s'effondre sur elle même et explose ensuite. (Il me semble que c'est le principe de la supernova et de la création des trous noirs...). J'ai précisé que certaines étoiles étaient doubles et que parfois, elles n'explosaient pas mais fusionnaient à force de se tourner autour. J'ai enfin conclu par "mais en fait, je ne sais pas exactement, je vais me renseigner..."

En fait, je ne suis pas très sûre de ce que je lui ai expliqué, parce que je n'ai pas vraiment de connaissance sur le sujet, juste quelques souvenirs de lectures "en passant". Alors j'aurais aimé la confirmation ou l'infirmation par quelqu'un qui s'y connait mieux.

Quelqu'un peut-il me dire si j'ai bien répondu, et sinon, comment lui expliquer plus clairement ?

Merci beaucoup.

Une planète, en effet, peut exploser. C'est, par exemple, la théorie qui explique la ceinture d'Astéroïde qui se trouve entre Mars et Jupiter. C'est un emplacement qui aurait "dû" contenir une planète, et l'on suppose qu'elle aurait explosé. Il y a trois possibilités. La planète aurait été percutée par une autre planète et brisée sous l'impact, ou cela aurait été une planète très peu solide qui aurait implosé sous l'impact d'une comète. (d'autres supposent que Jupiter aurait déchiré la planète, trop proche de lui, et attribuent certains des satellites de Jupiter à des restes de cette ancienne planète)
En revanche, les catastrophes nucléaires ne peuvent pas détruire une planète, et une planète n'explose pas "toute seule". Notamment parce que la quantité d'énergie demandée est proprement gigantesque.


Quant à une étoile, c'est un peu plus complexe. Les étoiles puisent leur énergies dans les atomes qui fusionnent en leur sein. Tout d'abord, les atomes d'hydrogène se convertissent en atomes d'Hélium, et, ce faisant, dégage une quantité gigantesque d'énergie dû à la célèbre formule d'Einstein e=mc² (l'énergie libérée équivalent à la matière multipliée par la vitesse de la lumière élevée au carré, et ça fait beaucoup trop comme disait mon prof de physique). Au fur et à mesure, les étoiles transforment leurs atomes de cette manière, et ce, jusqu'au Fer.
À partir du Fer, c'est la merde. En effet, le Fer est tellement stable et "solide" que les étoiles n'arrivent pas à continuer le "travail". Les réactions se stoppent alors, et l'étoile se contracte brusquement. C'est là que l'étoile fait une supernova, une hypernova, le second étant simplement "plus gros" que le premier.
En revanche, toutes les étoiles ne font pas de supernovas. Seules celles qui font plus de 10 fois la masse solaire en sont capables. Les autres vont simplement créer des nébuleuses.


Bon, j'ai pas tout détaillé (notamment le fait que certains étoiles s'arrêtent avant le Fer dans leur fonctionnement), mais grosso modo, c'est ça.
(notons quand même qu'une planète a également une durée de vie, qui vient du fait qu'elle se fait généralement bouffer par son soleil quand celui-ci grossit)

Pour ce qui est de la planète entre Mars et Jupiter, c'est pourtant simple de vérifier en récupérant des morceaux et en les comparant (comparer les éléments constitutifs et leur fréquence dans les différents morceaux, comme on comparerait deux ADN je veux dire) pour savoir s'ils proviennent de une seule ou deux sources différentes, non ? Pourquoi on ne le fait pas ? On ne sait pas encore les récuperer ? Ou pas encore les comparer ? ou bien c'est trop cher ? Ou bien pas assez intéressant pour la science ? Ou trop risqué pour le truc (satellite ou je ne sais pas quoi) qu'on enverrait récupérer les morceaux ? Ou ... ?

Merci en tout cas de m'avoir confirmé qu'une planète n'explose pas "toute seule", et expliqué pourquoi :-)
Il me semblait savoir qu'elle finissait brulée puis mangée par son soleil. Merci de la confirmation.

Pour les étoiles, peux-tu m'expliquer pourquoi ça fusionne, dedans ? Je comprends bien que quand ça a démarré, une sorte d'inertie peut expliquer que ça continue... Mais pourquoi au départ, les atomes d'hydrogènes se regroupent-il ? Ils pourraient aussi bien faire H2 au lieu de faire (He + énergie), non ? Pourquoi ils choisissent l'instabilité plutôt que le contraire ? c'est bizarre... Et c'est la fusion qui fait qu'il y a de moins en moins de matière "au milieu" et que ça crée le vide qui va faire une supernova ?

Et une nébuleuse, c'est juste une "petite étoile" qui fait paf et en fout un peu partout autour d'elle ? Ou c'est autre chose ?
Et une supernova, ça fait forcément un trou noir après ?

(Désolée pour toutes ces questions en pagaille... Je viens d'apprendre que j'ai des zébrures, et ça me secoue beaucoup, alors je m'autorise un peu à rattraper les questions que je me pose depuis des années...)

Merci beaucoup pour ces explications, qui sont très très claires :-)

A+ !

Faut bien comprendre que les distances dans l'espace sont GIGANTESQUES.
Pour te donner une idée, l'unité astronomique, c'est la distance entre la terre et le soleil. C'est 149 millions de kilomètres.
La ceinture d'astéroïde se trouve également à une unité astronomique de la terre grosso modo. (elle commence grosso modo vers 2.06 et s'achève vers 3).

Pour pouvoir récupérer de la matière, faudrait que la sonde y allant mette des mois voire des années aller et le même temps en retour. D'autant que ça reste assez complexe, et, effectivement, très cher.


Pour expliquer pour les atomes, là, j'entre dans un domaine que je ne maîtrise pas totalement, donc si quelqu'un remarque que je dis une connerie, qu'il n'hésite pas.

Grosso modo, les étoiles sont, à la base, des nuages de gaz qui se contractent. Ils se contractent, mais se contractent tellement qu'ils en finissent par chauffer. Lorsque la température devient suffisante (plusieurs millions de degrés), les atomes sont pressés les uns contre les autres. Avant que la réaction ne s'enclenche, ils sont encore en état de résister (il y a un degré de résistance dont j'ai oublié le nom qui explique qu'avant une certaine pression les atomes ne se mélangent pas). H2, c'est simplement deux atomes d'hydrogènes. Or qu'ils soient liés ou pas, ils prennent la même taille. En revanche, au moment où la barrière qui les maintenait séparés se brise, ils relâchent de l'énergie, ce qui fait qu'ils sont moins gros.

Le problème ensuite vient du fait que plus les atomes sont "gros" (dans le tableau périodique des éléments) plus il faut qu'ils soient chauds pour que la barrière de résistance se brise et que la fusion reprenne. Cette température est généralement déterminée par la taille de l'étoile (plus elle est grande plus les fusions peuvent aller vers des éléments complexes, car si elle est grande, elle est aussi plus "lourde" et donc plus chaude)


Une nébuleuse c'est ça, c'est une supernova en mode pétard mouillé. C'est quand l'étoile n'a pas assez de taille pour véritablement exploser. Elle se disloque simplement. En fait, quand l'étoile brûle son carburant, elle se dilate. Dès qu'il n'y a plus de carburant (mettons que l'hydrogène est fini il n'y a plus que de l'hélium) elle se contracte violemment. Si la température qui advient suite à cette contraction est suffisante pour brûler le nouveau carburant, ça brûle. Si elle n'est pas suffisante ça se dilate à nouveau et on a une nébuleuse.

La supernova ne fait pas forcément de trou noir. Elle peut créer aussi une étoile à neutron.


Pour expliquer ça, je dois revenir au problème du fer. Lorsque le Fer est maintenu à très haute pression, les électrons pénètrent son noyau, et se mêlent aux protons qui s'y trouvent pour former des neutrons. De par cette action, le Fer se transforme en ce que l'on appelle de la matière neutronique. C'est une matière tellement dense que chaque centimètre cube peut peser plusieurs milliards de tonnes.
Mais en se tassant d'une telle manière, le Fer créé le vide dont tu parlais. Et il le créé vite (de l'ordre de la seconde pour l'intégralité du coeur de l'étoile). Du coup, les couches externes s'effondrent, cognent contre la surface de la matière neutronique et rebondissent à toute vitesse. Et c'est là qu'advient la supernova.

Sauf qu'à partir de ce moment-là, il peut se trouver que tout ce qu'il reste de l'étoile soit la matière neutronique. On appelle ça une étoile à neutron. Ça n'a d'étoile que le nom, car il n'y a plus aucune réaction nucléaire. En revanche, ça a la particularité d'être un astre petit mais extrêmement dense. Grosso modo, c'est le soleil réduit à une boule de 100km de diamètre.

L'autre solution est que l'étoile était tellement grosse que même la matière neutronique ne parvient pas à tenir l'effet de la gravité. L'étoile s'effondre entièrement, et un trou noir se forme.


Notons en revanche qu'il existe aussi la possibilité qu'un trou noir se forme sans supernova s'il se forme tellement vite qu'il l'absorbe avant qu'elle ait eu le temps de s'étendre. Du coup, l'étoile disparaît brusquement.


À part ce type de trou noir, il en existe deux autres: les trous noirs qui se trouvent aux centres des galaxies, et ceux qui se trouvent aux centres des amas stellaires. Mais ceux-là, on ne sait pas très bien comment ils se forment. On sait qu'ils existent, mais on ne sait pas d'où ils viennent.


(de rien pour les explications, le monde de l'astronomie me fascine depuis bien longtemps, alors quand je peux en parler, et, par la même occasion, aller compulser mes bouquins qui prennent la poussière )

Chouette, merci pour ces explications, qui appellent plein d'autres questions, mais je pense que je ne comprendrais plus les réponses au delà de ce que tu expliques :-)

Si j'ai d'autres questions, je reviens :-)
A+

Salut Shug,

Je suis pas spécialiste mais j'ai adoré les livres d'Hubert Reeves sur le sujet, de l'excellente vulgarisation. Par contre je ne sais plus lesquels j'ai lu...

Sinon je voulais juste répondre à cette question :

Mais pourquoi au départ, les atomes d'hydrogènes se regroupent-il ? Ils pourraient aussi bien faire H2 au lieu de faire (He + énergie), non ? Pourquoi ils choisissent l'instabilité plutôt que le contraire ? c'est bizarre...

L'hélium est infiniment plus stable que l'hydrogène, lorsqu'une réaction chimique ou physique libère de l'énergie c'est la preuve que la matière s'est stabilisée. L’énergie dégagée est en fait équivalente à la stabilité aupplémentaire acquise. Sur terre l'hydrogène se combine naturellement avec l'oxygène créant des molécules d'eau beaucoup plus stable.

Pour monter sur une échelle tu dois fournir de l'énergie (transformée en énergie potentielle) qui diminue ton équilibre au sens propre et figuré. Si tu choix, tu seras bien plus stable étalé le nez par terre mais l'énergie restituée lors du choc risque de laisser des traces  

Maintenant comme l'expliquait NNTG1842YDN, il existe des seuils. L'essence est instable mais elle ne s'enflammera pas sans une petite aide. Par contre une fois la réaction déclenchée elle fournira infiniment plus d'énergie que l'étincelle nécessaire pour initier la combustion et formera des éléments très stables CO2 et H20.

Pour la fusion nucléaire c'est pareil mais à des échelles infiniment plus grande. L'étincelle pour "amorcer" une bombe H n'est rien d'autre qu'une bombe A  

Dans une étoile c'est la gravité qui fourni l'énergie de départ. Si la masse est trop faible rien ne se passe comme dans le cas dès géantes gazeuses de notre système solaire ; atteint un seuil critique la réaction se déclenche et tu obtiens une étoile.

Après pour les divers types d'évolution (naine noire, naine blanche, supernova, trou noir et autre) mes souvenirs ne sont pas assez précis, cela dépend de la masse de l'étoile mais je m'aventurerais pas plus loin.

Quelques compléments aux contributions précédentes, parce que j'aime bien faire péter ma science... (c'est le cas de le dire !  ).

Shug a écrit:Pour ce qui est de la planète entre Mars et Jupiter, c'est pourtant simple de vérifier en récupérant des morceaux et en les comparant (comparer les éléments constitutifs et leur fréquence dans les différents morceaux, comme on comparerait deux ADN je veux dire) pour savoir s'ils proviennent de une seule ou deux sources différentes, non ? Pourquoi on ne le fait pas ? On ne sait pas encore les récuperer ? Ou pas encore les comparer ? ou bien c'est trop cher ? Ou bien pas assez intéressant pour la science ? Ou trop risqué pour le truc (satellite ou je ne sais pas quoi) qu'on enverrait récupérer les morceaux ? Ou ... ?

Si, si, on a regardé la composition des astéroïdes entre Mars et Jupiter... Seulement, tu commets une petite erreur en supposant que la planète qui aurait explosé aurait nécessairement été homogène : en fait, les planètes ne sont pas homogènes ! La Terre, par exemple, a un noyau métallique et un manteau rocheux, et la composition dudit manteau dépend de la profondeur... Donc, si la Terre explosait, les débris auraient des compositions chimiques différentes les uns des autres !

Dans le cas de la ceinture d'astéroïdes, les compositions chimiques sont suffisamment différentes d'un astéroïde à l'autre pour qu'on ait la certitude que certains de ces cailloux viennent de la fragmentation d'une “planète” plus grosse (car c'est uniquement quand la planète est suffisamment grosse que les éléments chimiques se séparent). Mais grosse à quel point ? Et y en a-t-il eu une ou plusieurs ? (dans la mesure où toutes les planètes du système solaire proviennent de l'efforndrement du même nuage de poussière, il n'y aurait pas de différences chimiques marquées entre des planètes de tailles et d'orbites similaires...). Et est-ce que tous les astéroïdes proviennent d'une explosion ou est-ce que certains n'auraient jamais fait partie d'un corps plus gros ?

En gros, la réponse actuelle est « on n'est pas sûr, mais on pense qu'il n'y a jamais eu de planète regroupant l'essentiel de la masse de la ceinture actuelle ; les astéroïdes seraient “depuis toujours” sous la forme d'une collection de micro-planètes dans un équilibre entre coalescence et fragmentation ».

Shug a écrit:Pour les étoiles, peux-tu m'expliquer pourquoi ça fusionne, dedans ? Je comprends bien que quand ça a démarré, une sorte d'inertie peut expliquer que ça continue... Mais pourquoi au départ, les atomes d'hydrogènes se regroupent-il ? Ils pourraient aussi bien faire H2 au lieu de faire (He + énergie), non ? Pourquoi ils choisissent l'instabilité plutôt que le contraire ? c'est bizarre...

À l'intérieur d'une étoile (ou d'une étoile en formation), la pression due à la gravitation est ÉNORME. Du coup, toute notre chimie “habituelle” ne vaut plus rien... Par exemple, quand tu écris « H + H → H₂ », cela signifie que deux atomes d'hydrogène forment une molécule de dihydrogène. Dans une telle réaction, de nature « chimique », ce qui se passe est que les “nuages” d'électrons qui forment l'enveloppe extérieure des atomes (ce sont ici des nuages formés d'un seul électron chacun, mais passons sur ces subtilités de mécanique quantique...) vont se réorganiser sans une configuration plus stable qui aura pour effet de “coller” les atomes entre eux. Mais le noyau des atomes, lui, reste pépère peinard !

Aux pressions qui existent dans les étoiles, la matière n'est plus sous la forme d'atomes et de molécules, mais de « plasma » : les conditions de température et de pression sont telles que les électrons ne restent plus attachés chacun à un noyau spécifique ; on a alors une “mer” d'électrons dans laquelle baignent des noyaux nus... La réaction que nous appelons « hydrogène → hélium + énergie » devrait donc plutôt s'écrire « 4 noyaux d'hydrogène + 2 électrons → 1 noyau d'hélium + énergie ». Ces réactions où les noyaux interagissent sont qualifiées de « nucléaires ». En l'occurrence, il s'agit d'une réaction de fusion (plusieurs petits noyaux en donnent un gros), qui est très difficile à obtenir, parce que les noyaux ont tendance à se repousser au début de leur processus de rapprochement, de sorte qu'il faut énormément de pression et d'énergie pour “les convaincre de franchir le pas” (mais l'énergie restituée lors de la fusion est alors bien plus grande que celle qu'il a fallue pour la déclencher !).

Shug a écrit:Et c'est la fusion qui fait qu'il y a de moins en moins de matière "au milieu" et que ça crée le vide qui va faire une supernova ?

Tant que l'étoile vit, il n'y a pas de “vide”, en fait... Ce qui se passe dans une supernova, c'est la chose suivante : au cœur de l'étoile, la pression est tellement énorme que, quand le “moteur” de l'étoile s'arrête et que la température descend, le plasma de fer au cœur de l'étoile finit par ne même plus être stable : il préfère alors passer sous la forme d'un conglomérat de neutrons, un truc extraordinairement dense, et qui prend donc beaucoup moins de place. Comme cette transition se fait très brutalement (j'espère ne pas écrire de conneries), cela crée effectivement (mais très temporairement) un vide. Mais comme la pression est énorme, toute la matière environnant ce vide s'engouffre alors immédiatement dans la brèche en une implosion monstrueuse, tellement monstrueuse que le “rebond” qu'elle engendre crée un explosion qui disloque l'étoile dans un torrent de lumière : la supernova !

Shug a écrit:Et une nébuleuse, c'est juste une "petite étoile" qui fait paf et en fout un peu partout autour d'elle ? Ou c'est autre chose ?

Le mot « nébuleuse » peut recouvrir plusieurs concepts, dont celui que tu évoques (même si les “petites” étoiles ne font pas vraiment « paf » : elles sont plus comparables à un incendie qui envoie de la fumée partout sur une durée longue qu'à une explosion brutale — et l'“incendie” en question n'a pas la même explication qu'une supernova). Mais il y a plein de sortes de nébuleuses en fait : la nébuleuse désigne juste un résultat (à savoir un nuage de gaz), quel que soit le processus qui y ait conduit — de même dans la vie courante, nous qualifions indifféremment de « lampe » une bougie, une ampoule à incandescence, une floucompacte ou une LED, du moment que ça fabrique de la lumière  

Shug a écrit:Et une supernova, ça fait forcément un trou noir après ?

Non. Ça peut aussi faire une « étoile à neutrons » si la masse de l'étoile qui s'effondre n'est pas trop grosse. En fait, je crois que ça donne toujours une étoile à neutrons dans un premier temps, mais si ladite étoile à neutrons est trop massive, elle finit par s'effondrer en trou noir.

Voilà voilà voilà  

Bonne nuit,
Sol♯

Merci beaucoup, c'est super intéressant !

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