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Objectifs

Les étoiles naissent en groupe. Elles évoluent ensuite chacune selon leur masse. Dans un amas fermé, elles restent proches les unes des autres.

Prérequis

Potentiel gravitationnel, énergie mécanique.

Des nuages aux étoiles et aux amas d'étoiles

Un nuage donne naissance à plusieurs étoiles : en effet, en raison de la turbulence et des inhomogénéités du nuage initial, des sous-régions plus denses sont apparues. Les conditions très variées de masse, température et densité du nuage initial conduisent à des étoiles aux masses très différentes, et aux amas de tailles très variées également.

Amas fermé (ou amas globulaire)

Les amas fermés présentent une énergie mécanique totale négative : leurs étoiles, gravitationnellement liées comme l'était le nuage initial, sont amenées à subir un avenir commun. Le fait d'observer une distribution sphérique indique que, malgré la forte densité d'étoiles, les collisions sont très improbables. En effet, un régime collisionnel conduirait à l'aplatissement du disque.

La dénomination 'amas fermé' a une explication physique. La dénomination 'amas globulaire' provient simplement de leur aspect.

Amas ouvert

Un amas ouvert possède une énergie mécanique totale positive. Cela peut paraître surprenant, vu qu'il est issu d'un nuage qui, pour exister, devait être gravitationnellement lié, donc avec une énergie mécanique totale initiale négative.

En fait, un amas peut devenir ouvert lorsque une part importante de son énergie d'interaction gravitationnelle, négative, est accaparée lors de la formation d'une binaire très serrée. Le reste de l'énergie à distribuer pour le reste de l'amas est alors positif.

En distinguant a priori les 2 étoiles qui vont évoluer en système binaire :

$E _{\mathrm{nuage, avant}} = E _{\mathrm{binaire}} + E _{\mathrm{autres\ objets}} < 0$

Si le système binaire est serré :

$E _{\mathrm{binaire}} \ll 0 \mathrm{ \ et donc \ } E _{\mathrm{autres\ objets}} > 0$

Les composantes de l'amas vont alors peu à peu se quitter. Le mécanisme est complexe, car lié à la dynamique d'un système à N corps. On comprend que, pour former une binaire serrée, les 2 composantes ont besoin d'interagir avec le groupe. Sinon, dans le cadre du système à 2 corps décrit par la mécanique képlérienne, l'orbite des 2 étoiles n'a aucune raison d'évoluer.

Intérêt de l'étude des amas

Les raisons motivant l'étude des amas stellaires sont très nombreuses :

Les étoiles d'un amas sont nées à la même date, à la durée du processus de formation près, mais qui s'avère très courte devant la durée de vie des étoiles. Elles ont donc le même âge.
Elles sont toutes à la même distance du Soleil, la dimension de l'amas étant petite devant leur distance moyenne (sauf pour l'amas le plus proche, les Hyades). Elles ont donc le même module de distance.
Elles présentent des compositions chimiques initiales très voisines, vu qu'elles proviennent du même nuage géniteur.