Par Drew Lichtenstein • Mis à jour le 24 mars 2022
Les étoiles dont la masse varie d’environ la moitié de la masse du Soleil à environ dix fois cette taille suivent un chemin évolutif prévisible. Les géantes rouges et les naines blanches représentent toutes deux des évolutions tardives pour ces étoiles, offrant une conclusion plus discrète que la mort explosive des soleils les plus massifs.
Avant qu’une étoile puisse se transformer en géante rouge ou en naine blanche, elle doit épuiser la majorité de l’hydrogène de son noyau. La fusion de l’hydrogène – combinant quatre noyaux d’hydrogène en un seul noyau d’hélium – détermine la luminosité de l’étoile. Plus une étoile est massive, plus elle consomme de l’hydrogène rapidement; le Soleil, par exemple, a déjà dépensé environ 5 milliards d'années sur sa durée de vie estimée à 10 milliards d'années en brûlant de l'hydrogène (NASA ).
Une fois l’hydrogène du noyau épuisé, une étoile enflamme la fusion de l’hélium, créant des éléments plus lourds tels que le carbone et l’oxygène. Cette nouvelle source d’énergie fait gonfler considérablement l’enveloppe extérieure tandis que le noyau se contracte et chauffe. Les couches externes élargies se refroidissent et déplacent la couleur de l’étoile vers l’extrémité rouge du spectre, donnant lieu à la désignation de « géante rouge ». Finalement, la matière extérieure est rejetée dans l'espace, formant une nébuleuse planétaire qui engendrera les futures générations d'étoiles.
Une fois l’enveloppe nébulaire dissipée, il ne reste qu’un noyau dense de la taille de la Terre :une naine blanche. Faute de masse suffisante pour enflammer la fusion du carbone, le noyau devient inerte, mais il retient une immense chaleur, émettant une lueur blanche et brillante. Au fil des milliards d'années, elle va se refroidir et s'estomper, pour finalement devenir une naine noire (théorique, car cette étape n'a pas encore été observée).
Les étoiles dépassant une dizaine de masses solaires sautent la phase naine blanche. Leurs noyaux continuent à fusionner des éléments plus lourds jusqu'à ce que le fer s'accumule, auquel cas la fusion ne peut plus libérer d'énergie. Le noyau s'effondre, déclenchant une explosion de supernova qui disperse des éléments lourds dans toute la galaxie. En fonction de la masse résiduelle, le noyau peut s'effondrer davantage pour former une étoile à neutrons ou un trou noir, ce dernier possédant une gravité si intense que même la lumière ne peut pas s'échapper.