Selon le type, les étoiles ont des durées de vie allant de centaines de millions à plusieurs dizaines de milliards d'années. En règle générale, plus une étoile est grosse, plus elle consomme rapidement son approvisionnement en combustible nucléaire, de sorte que les étoiles à la durée de vie la plus longue sont parmi les plus petites. Les étoiles avec les durées de vie les plus longues 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 environ 0,08 et 0,5 fois la masse du soleil et formée principalement d'hydrogène gazeux. Leurs tailles et masses sont très petites par rapport 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 durée de vie normale, la température de surface d'une naine rouge est d'environ 2 700 degrés Celsius (4 900 degrés Fahrenheit), suffisamment chaude pour briller d'une couleur rouge. En raison de leur petite taille, ils brûlent très lentement leur réserve d'hydrogène et vivent théoriquement de 20 à 100 milliards d'années.
Luminosité et durée de vie
La durée de vie d'une étoile est liée à sa luminosité, ou production d'énergie par seconde. La production d'énergie totale d'une étoile est sa luminosité multipliée par sa durée de vie. Bien que les étoiles plus grandes commencent leur vie avec plus de masse, leur luminosité est également beaucoup plus grande. Par exemple, le soleil, qui a une température de surface de 5 600 degrés centigrades (10 000 degrés Fahrenheit), a une couleur jaune. Sa température plus élevée et sa plus grande surface signifient qu'elle rayonne plus d'énergie par seconde qu'une naine 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 pendant 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 fonctionne sur 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. Cependant, les réactions de fusion se produisent rarement, 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 dans l'espace interstellaire. Si suffisamment de gaz est présent, les forces gravitationnelles tirent le matériau dans une forme à peu près sphérique, et l'intérieur devient plus dense en raison de la pression des couches extérieures. Avec une pression suffisante, l'hydrogène fusionne et l'étoile brille. Des millions à 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 il s'effondre, entraînant une explosion appelée nova ou supernova. Les restes de l'étoile peuvent devenir une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir, selon la taille d'origine de l'étoile. Avec le temps, les naines blanches et les étoiles à neutrons se refroidissent et deviennent des objets sombres.