Le diagramme de Hertzsprung-Russell, souvent abrege diagramme HR, est l’un des outils les plus importants de l’astrophysique stellaire. Il represente les etoiles selon deux caracteristiques fondamentales : leur luminosite (ou magnitude absolue) en ordonnee et leur temperature de surface (ou type spectral) en abscisse. Elabore independamment par Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell au debut du XXe siecle, il a revolutionne la comprehension de l’evolution stellaire.
La structure du diagramme
Dans le diagramme HR, les etoiles ne se repartissent pas aleatoirement mais se regroupent en structures distinctes. La sequence principale est une bande diagonale allant des etoiles chaudes et lumineuses (en haut a gauche) aux etoiles froides et peu lumineuses (en bas a droite). La branche des geantes s’etend horizontalement a droite, regroupant des etoiles froides mais tres lumineuses. Les naines blanches se trouvent en bas a gauche, chaudes mais peu lumineuses.
Un outil pour l’evolution stellaire
La position d’une etoile dans le diagramme HR evolue au cours de sa vie. Une etoile nait sur la sequence principale, y reste pendant la majeure partie de sa vie en brulant de l’hydrogene, puis se deplace vers la branche des geantes quand son hydrogene central s’epuise. Selon sa masse, elle finit en naine blanche, en etoile a neutrons ou en trou noir. Tracer ces trajectoires dans le diagramme HR permet de comprendre et de predire l’evolution de toutes les etoiles.
Dater les amas stellaires
Le diagramme HR est un outil precieux pour dater les amas d’etoiles. Dans un jeune amas, toutes les etoiles sont sur la sequence principale. Avec le temps, les etoiles les plus massives — qui vivent moins longtemps — quittent la sequence principale en premier. Le point de coupure de la sequence principale dans le diagramme HR d’un amas revele son age avec une bonne precision.
Exemple concret
En examinant le diagramme HR de l’amas globulaire M13, on constate que sa sequence principale ne commence qu’a partir des etoiles de type F ou G — les etoiles de type O, B et A ont toutes quitte la sequence depuis longtemps. Cela indique que M13 est un amas tres age, d’environ 12 milliards d’annees.
Questions frequentes
Pourquoi la temperature est-elle en sens inverse sur le diagramme HR ?
Par convention historique, les types spectraux sont ranges de O (le plus chaud) a M (le plus froid) de gauche a droite. Cette convention, etablie avant que la signification physique des types spectraux soit pleinement comprise, est conservee par tradition.
Ou se trouve le Soleil dans le diagramme HR ?
Le Soleil est situe sur la sequence principale, a mi-chemin environ, avec une temperature de surface de 5778 K et une luminosite de reference de 1 (par definition). Il appartient au type spectral G2.
Les geantes rouges sont-elles vraiment plus grandes que les etoiles de la sequence principale ?
Oui. Une geante rouge peut avoir un rayon des centaines de fois superieur a celui du Soleil. Betelgeuse, une supergegante rouge, a un rayon d’environ 700 fois celui du Soleil — si elle etait a la place du Soleil, elle engloutirait l’orbite de Jupiter.