E9 Dégénérescence quantique et matière dense

Topique

L'élément central de ce modèle est la fusion de l'hydrogène qui se produit au cœur de l'étoile, la réaction nucléaire qui la maintient en vie tant qu'elle se trouve sur la séquence principale.

L'énergie libérée par chacune de ces réactions nucléaires correspond à la différence de masse entre les réactifs et les produits, convertie directement en énergie : dans la chaîne proton-proton, processus dominant au sein du Soleil, quatre protons fusionnent pour former un noyau d'hélium, libérant une quantité d'énergie fixe. Une partie de cette énergie s'échappe toutefois sans être déposée dans l'étoile, sous forme de neutrinos.

La vitesse de cette fusion dépend du produit de la section efficace de la réaction et de la probabilité quantique de franchir la barrière de répulsion électrique qui sépare les noyaux. Il existe une fenêtre d'énergie spécifique, la fenêtre de Gamow, dans laquelle ce produit est maximal. C'est précisément dans cette fenêtre étroite, et non à l'énergie thermique la plus probable de l'intérieur de l'étoile, que la grande majorité des fusions ont lieu. L'efficacité de la fusion de l'hydrogène en hélium, qui convertit la masse en énergie, est de toute façon faible et constante. Le cycle du carbone, de l'azote et de l'oxygène, en revanche, domine la fusion dans les étoiles de plus d'une masse et demie solaire, précisément parce que son rythme dépend beaucoup plus fortement de la température que la chaîne proton-proton : une faible augmentation de la température du cœur de l'étoile entraîne une augmentation disproportionnée de la production d'énergie de ce cycle. La durée de vie d'une étoile sur la séquence principale diminue également fortement avec l'augmentation de sa masse : plus la masse d'une étoile augmente, plus son temps sur la séquence principale diminue de façon disproportionnée. Ainsi, de la fusion de l'hydrogène au sein de l'étoile par laquelle ce document commence jusqu'à la diminution de sa durée de vie sur la séquence principale qui le conclut, en passant par la chaîne proton-proton, la fenêtre de Gamow et le cycle du carbone, de l'azote et de l'oxygène, les réactions nucléaires impliquent que la masse de cette même étoile détermine simultanément la manière dont son hydrogène fusionne et la durée de son séjour restant sur la séquence principale.

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