Diagramme de Hertzsprung-Russell
Le diagramme de Hertzsprung-Russell, souvent abrégé diagramme HR, est l’un des outils les plus importants de l’astrophysique stellaire. Il représente les étoiles selon deux caractéristiques fondamentales : leur luminosité (ou magnitude absolue) en ordonnée et leur température de surface (ou type spectral) en abscisse. Élaboré indépendamment par Ejnar Hertzsprung et Henry Norris Russell au début du XXè siècle, il a révolutionné la compréhension de l’évolution stellaire.
La structure du diagramme
Dans le diagramme HR, les étoiles ne se répartissent pas aléatoirement mais se regroupent en structures distinctes. La séquence principale est une bande diagonale allant des étoiles chaudes et lumineuses (en haut à gauche) aux étoiles froides et peu lumineuses (en bas à droite). La branche des géantes s’étend horizontalement à droite, regroupant des étoiles froides mais très lumineuses. Les naines blanches se trouvent en bas à gauche, chaudes mais peu lumineuses.
Un outil pour l’évolution stellaire
La position d’une étoile dans le diagramme HR évolue au cours de sa vie. Une étoile naît sur la séquence principale, y reste pendant la majeure partie de sa vie en brûlant de l’hydrogène, puis se déplace vers la branche des géantes quand son hydrogène central s’épuise. Selon sa masse, elle finit en naine blanche, en étoile à neutrons ou en trou noir. Tracer ces trajectoires dans le diagramme HR permet de comprendre et de prédire l’évolution de toutes les étoiles.
Dater les amas stellaires
Le diagramme HR est un outil précieux pour dater les amas d’étoiles. Dans un jeune amas, toutes les étoiles sont sur la séquence principale. Avec le temps, les étoiles les plus massives — qui vivent moins longtemps — quittent la séquence principale en premier. Le point de coupure de la séquence principale dans le diagramme HR d’un amas révèle son âge avec une bonne précision.
Exemple concret
En examinant le diagramme HR de l’amas globulaire M13, on constate que sa séquence principale ne commence qu’à partir des étoiles de type F ou G — les étoiles de type O, B et A ont toutes quitté la séquence depuis longtemps. Cela indique que M13 est un amas très âgé, d’environ 12 milliards d’années.
Questions fréquentes
Pourquoi la température est-elle en sens inverse sur le diagramme HR ?
Par convention historique, les types spectraux sont rangés de O (le plus chaud) à M (le plus froid) de gauche à droite. Cette convention, établie avant que la signification physique des types spectraux soit pleinement comprise, est conservée par tradition.
Où se trouve le Soleil dans le diagramme HR ?
Le Soleil est situé sur la séquence principale, à mi-chemin environ, avec une température de surface de 5 778 K et une luminosité de référence de 1 (par définition). Il appartient au type spectral G2.
Les géantes rouges sont-elles vraiment plus grandes que les étoiles de la séquence principale ?
Oui. Une géante rouge peut avoir un rayon des centaines de fois supérieur à celui du Soleil. Bételgeuse, une supergéante rouge, a un rayon d’environ 700 fois celui du Soleil — si elle était à la place du Soleil, elle engloutirait l’orbite de Jupiter.