Rotation des astres

question posée le 25-01-2008 par Anonyme

De nombreux astres sont soumis à une rotation autour de leur centre de gravité. Quelle est l'énergie qui leur a donné ce mouvement ?

Même question pour les pulsars.

Merci

réponse du 29-01-2008 par Fabrice Mottez

Pourquoi les astres ne tourneraient-ils pas ? Dans l'espace, rien n'est immobile. Or il se trouve que l'on peut, pour les corps solides du moins, décomposer le mouvement en deux composantes : la translation (un déplacement sans changement d'orientation) et la rotation. La rotation n'est donc qu'un aspect très ordinaire du mouvement.

De plus, il n'existe pas de référence absolue de mouvement ou d'immobilité : un astre immobile pour un observateur paraît mobile à d'autres observateurs. La Terre par exemple, ne nous semble ni tourner ni avancer, mais les martiens la voient très bien avancer et tourner. Cela peut paraître superficiel, mais ça ne l'est pas. (C'est même un des faits qui a aidé Einstein à construire la théorie de la relativité générale.)

Il se trouve qu'une grandeur physique, qu'on appelle moment cinétique, mesure la quantité de rotation d'un objet. Le moment cinétique augmente comme la masse multipliée par son éloignement à l'axe de rotation et par la vitesse associée à cette rotation : « J= m r v ». Il se trouve aussi que cette grandeur, « J », pour un astre isolé, ne change pas au cours du temps. Donc si un astre (assez loin de tout autre) tourne à une certaine vitesse et ne change ni de forme ni de masse, alors il continue indéfiniment à tourner à cette vitesse.

Considérons un gros nuage d'hydrogène, une nébuleuse, qui tourne légèrement (ou certaines de ses parties tournent). Supposons que sous l'effet de sa propre masse, il se contracte. Comme son diamètre diminue, afin de conserver son moment cinétique, il se met à tourner plus vite (« v » augmente pour compenser la diminution de « r »). Si la contraction du nuage abouti à la création d'une étoile, très petite par rapport à la dimension initiale du nuage, alors cette étoile tourne beaucoup plus vite. C'est pourquoi une nébuleuse affectée d'un très lent mouvement de rotation peut engendrer une étoile tournant sur elle-même en quelques jours.

Supposons maintenant que l'étoile, en fin de vie, se contracte pour former une étoile à neutrons. Alors, environ deux ou trois masses solaires (réparties initialement dans une étoile de quelques millions de kilomètres) se retrouvent assemblées dans une petite boule de 10 kilomètres. Alors, toujours par conservation du moment cinétique, l'étoile à neutrons tourne très vite. Parfois, en une milliseconde.

Si on capte certains rayonnements particuliers à ces étoiles, alors elle nous apparaît comme un pulsar. Les pulsars les plus rapides tournent sur eux-mêmes en quelques millisecondes, mais la plupart le font en quelques secondes. C'est quand même très peu !

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