La trajectoire évolutive du Soleil a été décrite en détail et, à part de subtiles différences, elle a été décrite comme telle pendant des décennies - la scène géante rouge engloutissant la Terre, le flash d'hélium, etc. Il semblerait que les connaissances nécessaires pour faire une telle prédiction existe depuis les années 60, sinon plus tôt.

Comment savons-nous que cela se produira et dans les délais décrits? Si nous faisons des mesures / estimations de la masse et de la composition du Soleil, et utilisons notre compréhension de la physique nucléaire - énergie de fusion et ainsi de suite, et une compréhension de la physique newtonienne (ou devons-nous invoquer Einstein?), prédictions juste inévitablement tomber?

Les prévisions pourraient-elles être fausses? Existe-t-il une mesure significative de l'incertitude, peut-être due à la sensibilité de certains calculs aux conditions initiales, etc.?

L'avenir de la géante rouge de notre Soleil est-il une conclusion ferme, ou simplement une possibilité probable parmi une gamme d'autres et dont on parle généralement simplement parce qu'il semble le plus probable?

La chose dont vous ne tenez pas compte, c'est que nos prédictions pour l'évolution future du Soleil ne sont pas basées uniquement sur notre compréhension et nos observations du Soleil. Ils sont basés sur notre compréhension et nos observations de toutes les étoiles que nous avons jamais vues. Le fait est que les étoiles de même masse et de même composition doivent nécessairement évoluer de la même manière. Nous pouvons donc regarder d'autres étoiles et en trouver qui sont plus ou moins les mêmes que les nôtres, mais qui pourraient être plus loin sur la trajectoire évolutive. Nous pouvons étudier ces étoiles et voir ce qui leur arrive. En conglomérant un grand nombre de données sur de nombreuses étoiles à de nombreux points différents de leur cycle de vie évolutif, nous pouvons assembler une image cohérente pour notre propre Soleil.

Les scientifiques ont consacré beaucoup d'efforts à créer des modèles évolutifs stellaires. Pour ce faire, ils ont rassemblé les nombreuses informations glanées dans les dizaines de millions d'étoiles que nous avons observées, ajoutent beaucoup de mathématiques et de physique représentant les processus physiques se produisant dans ces étoiles et ce que vous trouvez, c'est que les "prédictions sont tout simplement inévitablement Tomber". Il existe de nombreuses bases de code évolutives stellaires. Par exemple, Pols et al. 1998appliqué un code évolutif stellaire à des amas d'étoiles. Une figure tirée de leur papier est présentée ci-dessous. Il montre un diagramme couleur-magnitude de l'amas ouvert d'étoiles M67, ainsi que des prédictions de la trajectoire évolutive de ces étoiles. Il y a bien sûr une certaine différence car chaque étoile n'est pas exactement la même, mais dans l'ensemble, vous pouvez voir que les étoiles suivent assez bien la trajectoire d'évolution prédite.

Une fois que vous avez un programme évolutif stellaire bien calibré, il n'est pas trop difficile d'appliquer ce programme à notre Soleil. Il y aura des inconnues et des écarts, par exemple, nous pourrions ne pas connaître l'étendue physique de l'expansion des phases de la géante rouge, mais nous savons que cela se produira.

De la théorie

Il est possible d' intégrer numériquement les équations de la structure stellaire au fil du temps pour comprendre comment une étoile évoluera. Certaines "suppositions" de base sur les propriétés centrales et de surface de l'étoile du modèle doivent être faites, mais à mesure que le modèle est créé, les futures itérations peuvent utiliser différentes valeurs pour celles-ci, ce qui rend le modèle de plus en plus précis jusqu'à ce qu'il soit auto-cohérent .

Les équations sont basées sur plusieurs hypothèses clés (pour lesquelles il existe une bonne quantité de preuves). Voici quelques-uns:

• Les étoiles sont en équilibre hydrostatique approximatif
• L'énergie est (pour la plupart) générée par des voies de fusion nucléaire bien explorées
• L'énergie est conservée
• Il existe une relation - une équation d'état - qui décrit la relation mathématique via de nombreuses grandeurs clés (par exemple la pression, la densité, la température, etc.)

De l'expérience

Il y a des centaines de milliards d'étoiles dans la seule Voie lactée. De toute évidence, nous ne les connaissons pas tous - et le vaisseau spatial Gaia n'en observera (encore étonnamment beaucoup) qu'un milliard d'entre eux - mais nous avons des observations pour un certain nombre d' étoiles comme le Soleil et les étoiles qui se trouvent quelque part le long de trajectoires évolutives très similaire à celui que le Soleil devrait prendre. Les données de ces étoiles confirment de nombreux modèles (tout en montrant que d'autres doivent être modifiées).

Grâce à des comparaisons répétées de la théorie et de la simulation avec la vie réelle, les modèles ont été affinés au fil du temps et de plus en plus de preuves ont été recueillies en leur faveur. Il y a toujours une forte interaction entre la théorie et l'expérience, et les prédictions du modèle correspondent à ce que nous voyons dans le ciel, tandis que les choses que nous voyons dans le ciel nous fournissent de meilleures données pour créer de nouveaux modèles, encore plus précis.

En un mot . . .

. . . nous avons de bonnes théories sur les processus qui rendent les étoiles possibles, dont la fusion nucléaire. Nous savons très bien comment la fusion nucléaire devrait changer les éléments au fil du temps et donc comment la composition de tout échantillon de matière devrait changer. Nous savons également que la fusion est le processus suivi par les puissances étoiles; par conséquent, nous pouvons créer des modèles qui montrent comment la fusion dans une étoile devrait la faire changer et évoluer avec le temps. Ces modèles correspondent ensuite à des données empiriques.

L'avenir de la géante rouge de notre Soleil est-il une conclusion ferme, ou simplement une possibilité probable parmi une gamme d'autres et dont on parle généralement simplement parce qu'il semble le plus probable?

Ignorant la possibilité infime de quelque chose comme une étoile à neutrons entrant en collision avec notre Soleil au cours des prochains milliards d'années, oui, c'est inévitable. Il y a un débat sur les cas limites tels que les étoiles de faible métallicité ("métal" pour un astronome signifie tout sauf l'hydrogène ou l'hélium) et les étoiles de masse faible ou élevée. Notre Soleil ne tombe pas dans ces cas limites.