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Selon le type, les étoiles ont des durées de vie allant de centaines de millions à des dizaines de milliards d'années. En règle générale, plus une étoile est grosse, plus elle consomme rapidement de combustible nucléaire, de sorte que les étoiles ayant la plus longue durée de vie comptent parmi les plus petites. Les étoiles dont la durée de vie est la plus longue sont les naines rouges; certains peuvent être presque aussi vieux que l'univers lui-même.
Étoiles naines rouges
Les astronomes définissent une naine rouge comme une étoile ayant entre 0,08 et 0,5 fois la masse du soleil et formée principalement d’hydrogène. Leurs tailles et leurs masses sont très petites comparées aux autres types d'étoiles; Bien que les naines blanches, les étoiles à neutrons et d'autres types puissent être encore plus petites, elles ont des masses beaucoup plus grandes. Au cours de sa vie normale, la température de surface d’un nain rouge est d’environ 2 700 degrés Celsius (4 900 degrés Fahrenheit), assez chaude pour qu’elle devienne rougeoyante. En raison de leur petite taille, ils brûlent leur réserve d'hydrogène très lentement et devraient vivre de 20 milliards à plus de 100 milliards d'années.
Luminosité et durée de vie
La durée de vie d'une étoile est liée à sa luminosité ou à son rendement énergétique par seconde. La production totale d’énergie d’une étoile est sa luminosité multipliée par sa durée de vie. Bien que les grandes étoiles commencent leur vie avec plus de masse, leur luminosité est également beaucoup plus grande. Par exemple, le soleil, dont la température de surface est de 5 600 degrés Celsius (10 000 degrés Fahrenheit), a une couleur jaune. Sa température plus élevée et sa plus grande surface signifie qu'il émet plus d'énergie par seconde qu'un nain rouge; sa durée de vie est également plus courte. Les astronomes pensent que le soleil, qui brille régulièrement depuis environ 5 milliards d'années, a encore plusieurs milliards à parcourir.
La fusion nucléaire
La raison pour laquelle les étoiles brillent depuis des millions, voire des milliards d'années, réside dans un processus appelé fusion nucléaire. À l'intérieur d'une étoile, d'énormes forces gravitationnelles compriment les atomes légers du noyau jusqu'à ce qu'ils fusionnent pour former des éléments plus lourds. La plupart des étoiles fusionnent des atomes d'hydrogène, formant de l'hélium; Lorsqu'une étoile manque d'hydrogène, elle se nourrit d'autres réactions qui produisent les éléments jusqu'au fer. Les réactions de fusion libèrent de grandes quantités d’énergie, jusqu’à 10 millions de fois plus que celle produite par la combustion chimique. Les réactions de fusion se produisent rarement, cependant, de sorte que le carburant d’une étoile dure très longtemps.
Cycle de vie des étoiles
La vie de la plupart des étoiles suit un schéma prévisible; ils se forment initialement à partir de poches d'hydrogène et d'autres éléments de l'espace interstellaire. Si suffisamment de gaz est présent, des forces de gravitation entraînent le matériau dans une forme approximativement sphérique et l'intérieur devient plus dense en raison de la pression exercée par les couches extérieures. Avec suffisamment de pression, l'hydrogène fond et l'étoile brille. Des millions, voire des milliards d'années plus tard, l'étoile manque d'hydrogène et fusionne de l'hélium, suivi d'autres éléments. Finalement, le carburant de l’étoile est épuisé et s’effondre, ce qui entraîne une explosion appelée nova ou supernova. Les restes de l’étoile peuvent devenir un nain blanc, une étoile à neutrons ou un trou noir, selon la taille de l’étoile. Avec le temps, les naines blanches et les étoiles à neutrons se refroidissent et deviennent des objets sombres.