La Bételgeuse de gradation n’est probablement pas froide, juste poussiéreuse, une nouvelle étude montre

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6 mars 2020

Observations de l’étoile Bételgeuse prises par le Très Grand Télescope de l’ESO en janvier et décembre 2019, qui montrent une gradation importante de l’étoile.ESO / M. Montargès et al.

À la fin de l’année dernière, on a appris que l’étoile Bételgeuse s’estompait de manière significative, tombant finalement à environ 40% de sa luminosité habituelle. L’activité a alimenté la spéculation populaire selon laquelle la supergéante rouge exploserait bientôt en tant que supernova massive.

Mais les astronomes ont des théories plus bénignes pour expliquer le comportement de gradation de l’étoile. Et les scientifiques de l’Université de Washington et de l’Observatoire Lowell pensent qu’ils ont un soutien pour l’un d’entre eux: Bételgeuse ne s’atténue pas parce qu’elle est sur le point d’exploser — c’est juste poussiéreux.

Dans un article accepté dans Astrophysical Journal Letters et publié sur le site de préimpression arXiv, Emily Levesque, professeure agrégée d’astronomie à l’Université de Californie du Sud, et Philip Massey, astronome à l’Observatoire Lowell, rapportent que les observations de Bételgeuse ont été effectuées en février 2011. 14 à l’observatoire de Flagstaff, en Arizona, leur a permis de calculer la température moyenne de surface de l’étoile. Ils ont découvert que Bételgeuse est nettement plus chaude que prévu si la gradation récente était causée par un refroidissement de la surface de l’étoile.

Les nouveaux calculs soutiennent la théorie selon laquelle Bételgeuse — comme beaucoup d’étoiles supergéantes rouges sont sujettes à le faire – a probablement délogé une partie de la matière de ses couches externes.

Une image en lumière visible de VY Canis Majoris, une étoile supergéante rouge largement obscurcie par la poussière, prise en 2005.NASA /ESA/ R. Humphreys / University of Minnesota

« Nous voyons cela tout le temps dans les supergéantes rouges, et cela fait partie normale de leur cycle de vie”, a déclaré Levesque. « Les supergéantes rouges perdent parfois de la matière de leurs surfaces, qui se condensent autour de l’étoile sous forme de poussière. Au fur et à mesure qu’il se refroidit et se dissipe, les grains de poussière absorberont une partie de la lumière se dirigeant vers nous et bloqueront notre vue. »

C’est toujours vrai: les astronomes s’attendent à ce que Bételgeuse explose en tant que supernova dans les 100 000 prochaines années lorsque son noyau s’effondrera. Mais la gradation de l’étoile, qui a commencé en octobre, n’était pas nécessairement le signe d’une supernova imminente, selon Massey.

Une théorie était que la poussière nouvellement formée absorbait une partie de la lumière de Bételgeuse. Un autre a postulé que d’énormes cellules de convection à l’intérieur de Bételgeuse avaient attiré du matériel chaud jusqu’à sa surface, où il s’était refroidi avant de retomber à l’intérieur.

« Un moyen simple de distinguer ces possibilités est de déterminer la température de surface effective de Bételgeuse”, a déclaré Massey.

Mesurer la température d’une étoile n’est pas une tâche simple. Les scientifiques ne peuvent pas simplement pointer un thermomètre sur une étoile et obtenir une lecture. Mais en regardant le spectre de la lumière émanant d’une étoile, les astronomes peuvent calculer sa température.

« Emily et moi avions été en contact à propos de Bételgeuse, et nous avons tous les deux convenu que la chose évidente à faire était d’obtenir un spectre”, a déclaré Massey. « J’avais déjà du temps d’observation prévu sur le télescope Lowell Discovery de 4,3 mètres, et je savais que si je jouais un peu, je pourrais obtenir un bon spectre bien que Bételgeuse soit toujours l’une des étoiles les plus brillantes du ciel. »

La lumière des étoiles brillantes est souvent trop forte pour un spectre détaillé, mais Massey a utilisé un filtre qui ”amortit » efficacement le signal afin qu’ils puissent exploiter le spectre pour une signature particulière: l’absorbance de la lumière par des molécules d’oxyde de titane.

L’oxyde de titane peut se former et s’accumuler dans les couches supérieures de grandes étoiles relativement fraîches comme Bételgeuse, selon Levesque. Il absorbe certaines longueurs d’onde de la lumière, laissant des « écopes” révélatrices dans le spectre des supergéantes rouges que les scientifiques peuvent utiliser pour déterminer la température de surface de l’étoile.

D’après leurs calculs, la température moyenne de surface de Bételgeuse au mois de février. 14 était d’environ 3 325 degrés Celsius, ou 6 017 F. C’est seulement 50 à 100 degrés Celsius plus frais que la température qu’une équipe — comprenant Massey et Levesque — avait calculée comme température de surface de Bételgeuse en 2004, des années avant le début de sa gradation spectaculaire.

Ces résultats mettent en doute la gradation de Bételgeuse parce qu’une des cellules de convection massives de l’étoile avait amené du gaz chaud de l’intérieur à la surface, où il s’était refroidi. De nombreuses étoiles ont ces cellules de convection, y compris notre propre soleil. Ils ressemblent à la surface d’une casserole d’eau bouillante, a déclaré Levesque. Mais alors que les cellules de convection de notre soleil sont nombreuses et relativement petites — à peu près la taille du Texas ou du Mexique — les supergéantes rouges comme la Bételgeuse, qui sont plus grandes, plus froides et ont une gravité plus faible, ne comportent que trois ou quatre cellules de convection massives qui s’étendent sur une grande partie de leurs surfaces.

Une simulation de cellules de convection géantes sur une étoile supergéante rouge hypothétique.Bernd Freytag / Université d’Uppsala

Si l’une de ces cellules massives s’était élevée à la surface de Bételgeuse, Levesque et Massey auraient enregistré une diminution de température nettement plus importante que ce qu’ils ont observé entre 2004 et 2020.

Une image de Bételgeuse capturée en 2017 par le Grand réseau Millimétrique/submillimétrique d’Atacama, montrant des cellules de convection probables à la surface.ALMA / ESO / NAOJ / NRAO / E. O’Gorman / P. Kervella

« Une comparaison avec notre spectre de 2004 a immédiatement montré que la température n’avait pas changé de manière significative », a déclaré Massey. « Nous savions que la réponse devait être la poussière. »

Des astronomes ont observé des nuages de poussière autour d’autres supergéantes rouges, et des observations supplémentaires pourraient révéler un encombrement similaire autour de Bételgeuse.

Au cours des dernières semaines, Bételgeuse a en fait recommencé à s’illuminer, quoique légèrement. Même si la gradation récente n’indiquait pas que l’étoile allait bientôt exploser, pour Levesque et Massey, ce n’est pas une raison pour arrêter de regarder.

 » Les supergéantes rouges sont des étoiles très dynamiques ”, a déclaré Levesque. « Plus nous en apprendrons sur leur comportement normal — fluctuations de température, poussières, cellules de convection — mieux nous pourrons les comprendre et reconnaître quand quelque chose de vraiment unique, comme une supernova, pourrait se produire. »

La recherche a été financée par des subventions à l’Observatoire Lowell, à la Research Corporation for Scientific Advancement et à la National Science Foundation.

Pour plus d’informations, contactez Levesque au [email protected] et Massey à [email protected] .

Étiquette(s): astronomie &astrophysique * Collège des arts& Sciences * Département d’astronomie * Emily Levesque