Si l'on suppose que la densité moyenne d'une étoile de la séquence principale ne varie pas avec la masse, on pourrait comprendre que le rayon augmente avec la masse. Mais la densité n'est pas constante... (elle décroît pour des masses croissantes).
Effectuons, par la pensée, l'expérience suivante : prenons une étoile sur la séquence principale d'une masse et d'un rayon donnés, et ajoutons lui une certaine masse supplémentaire. Supposons dans un premier temps que son rayon reste inchangé (nous verrons par le raisonnement qu'en fait il devra croître). La masse supplémentaire induit une pression supplémentaire à l'intérieur de l'étoile (la pression interne est déterminée par le poids de la matière que supportent les régions centrales). Cette pression supplémentaire s'accompagne d'une augmentation de température (loi des gaz parfaits).
Sur la séquence principale, l'énergie de l'étoile est fournie par la combustion, au centre, de l'hydrogène en hélium. L'énergie libérée par cette fusion thermonucléaire est très sensible à la température, et augmente avec celle-ci. Autrement dit, l'augmentation de température conduit à un surplus d'énergie thermonucléaire. Une partie de ce surplus d'énergie est absorbée par l'étoile qui le convertit en travail d'expansion. Le rayon de l'étoile croît alors jusqu'à ce qu'il atteigne un nouvel état d'équilibre. (L'autre partie du surplus d'énergie est évacuée par la surface, conduisant à une augmentation de sa luminosité).
Ce sont donc des considérations d'équilibre hydrostatique (via la pression) et thermique (via l'énergie produite par les réactions centrales) qui déterminent les caractéristiques de l'étoile sur la séquence principale, et en particulier son rayon.
Bien sur, cette expérience n'est pas réelle; mais elle indique intuitivement comment varie le rayon (et la luminosité) des étoiles de la séquence principale en fonction de leur masse.
Pour des masse proches de celle du Soleil, le rayon croît presque
proportionnellement à la masse. Ainsi, une étoile 2 fois
plus massive que le Soleil aura un rayon à peu près deux
fois plus grand que le Soleil.
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Cette réponse a été préparée par Nami.Mowlavi@obs.unige.ch