Bételgeuse : qu'est-il arrivé à la supergéante rouge ?

Les récentes variations d'éclat de Bételgeuse, l'étoile supergéante de la constellation d'Orion, intriguent depuis quelque temps car on sait qu'elle finira un jour « prochain » par exploser en supernova. L'astrophysicienne Sylvie Vauclair nous avait proposé plusieurs explications possibles dont l'une vient peut-être d'être rendue un peu plus crédible sans que le débat ne soit tranché. Elle fait intervenir de la poussière précédemment éjectée par l'étoile.

Depuis plusieurs mois, on assiste à une véritable saga d'articles consacrés à la supergéante rouge Bételgeuse dans la constellation d'Orion. On ne sait pas encore très précisément quelle est sa distance au Système solaire mais c'est certainement moins de 1.000 années-lumière dans la Voie lactée. En effet, on a commencé à avoir une idée de la taille de Bételgeuse dès 1921 quand les astronomes Michelson et Pease utilisèrent la technique de la synthèse d'ouverture, imaginée par Hippolyte Fizeau, pour déterminer le diamètre réel des étoiles par des méthodes interférométriques. Cette supergéante rouge fut ainsi la première étoile dont le diamètre a été déterminé. Il était voisin de celui de l'orbite de Mars. Cette taille absolue conduisait alors à lui attribuer, en raison de son diamètre apparent, une distance au Soleil de l'ordre de 430 années-lumière. Mais par la suite, on est arrivé par d'autres méthodes à une distance d'environ 640 années-lumière. Du coup, le diamètre de Bételgeuse a fait un bond lui aussi et on pense maintenant qu'il est de l'ordre de la taille de l'orbite de Jupiter. Mais des incertitudes subsistent.

Or, toutes nos connaissances sur les supergéantes rouges du genre de Bételgeuse et sur l'étoile elle-même nous indiquent qu'elle devrait « bientôt » exploser en donnant une supernova, c'est-à-dire d'ici environ 100.000 ans. L'explosion dans un avenir rapproché est certaine mais personne ne peut faire mieux que donner cet ordre de grandeur (pas de date précise) basé en partie sur notre estimation de la masse de Bételgeuse, environ 15-20 masses solaires, sa vitesse de rotation et le temps de vie d'une dizaine de millions d'années que lui prédisent en conséquence nos modèles de la structure et de l'évolution des étoiles.

Une présentation de l'énigme de Bételgeuse avec les observations du VLT. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en allemand devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © European Southern Observatory (ESO)

Plusieurs scénarios pour expliquer la baisse de luminosité de Bételgeuse

Comme on assistait depuis la fin de l'année 2019 à une baisse de sa luminosité qui a fini par diminuer d'environ de 35 %, du jamais-vu depuis au moins 150 ans, certains se sont mis à craindre que l'explosion soit en fait imminente. De plus, lorsque l'on décompte les supernovae dans les autres galaxies sur une année, tous types confondus (SN II et SN Ia, notamment), on est conduit à estimer qu'en moyenne trois à quatre supernovae par siècle devraient se produire dans notre Voie lactée. Elles ne sont pas toutes visibles car les nuages de poussières dans notre Galaxie les dérobent à notre regard. Mais selon certaines estimations, on a de bonnes chances d’en voir une avant 2050, au moins sous la forme d'une bouffée importante de neutrinos.

Ces derniers mois, beaucoup d'astrophysiciens ont tout de même déclaré qu'il était beaucoup trop tôt pour s'alarmer et que même en explosant en supernova, Bételgeuse n'était très probablement pas une menace en raison de sa distance, comme nous l'expliquait dans le précédent article, ci-dessous, l'astrophysicienne Sylvie Vauclair. Elle nous rappelait de plus que la supergéante rouge est une étoile variable et que pour cette raison nous n'étions peut-être, et même probablement, que face à un de ses multiples cycles de variation et pas du tout en face des prémisses de son explosion.

Sylvie Vauclair avançait aussi une autre explication, mais moins probable selon elle : « Bételgeuse, qui émet en permanence de forts vents stellaires, aurait émis une bouffée de gaz et de poussières particulièrement importante, qui la cacherait partiellement avant de s'évaporer complètement ».

Cette hypothèse était aussi avancée récemment par l'astronome Miguel Montargès et son équipe qui ont eu recours au VLT implanté au sommet du Cerro Paranal au Chili pour étudier Bételgeuse. Dans un communiqué de l’ESO, il expliquait que « Nous travaillons actuellement sur deux scenarii : l'un repose sur un refroidissement de la surface généré par une activité stellaire exceptionnelle, l'autre sur l'éjection de poussière le long de la ligne de visée. Bien sûr, notre connaissance des supergéantes rouges demeure aujourd'hui encore incomplète. Des études sont en cours, une surprise est donc toujours susceptible de se présenter ».

Des explications sur Bételgeuse par les astronomes Miguel Montargès et Éric Lagadec. © Guillaume Doyen

Si l'on en croit une publication dans Astrophysical Journal Letters, et disponible sur arXiv, faite par les astronomes Emily Levesque de l'université de Washington et Philip Massey de l'Observatoire Lowell, leurs observations font pencher la balance en faveur de l'hypothèse de l'éjection de poussière qui n'est pas favorable à une baisse de luminosité causée par un refroidissement de sa surface.

Emily Levesque et Philip Massey ont combiné leurs forces pour mesurer la température moyenne de surface de Bételgeuse en utilisant les raies d'absorption liées à des molécules d'oxyde de titane. Ces molécules peuvent se former et s'accumuler dans les couches supérieures et relativement fraîches des atmosphères des grandes étoiles. Des physiciens spécialistes de ces atmosphères, comme l'était le regretté Jean-Claude Pecker, peuvent tirer de nombreuses informations de l'étude des raies dans les atmosphères stellaires (température, composition, champ magnétique, etc.).

Une baisse de luminosité qui n'est pas liée à une baisse de température

Levesque et Massey ont alors découvert que la température effective de Bételgeuse était d'environ 3.325 degrés Celsius soit seulement 50-100 degrés Celsius de moins que la précédente mesure, faite en 2004 par une équipe d'astronomes incluant déjà Massey et Levesque, et alors que Bételgeuse ne montrait encore aucun signe atypique.

Il semble donc que l'on ne puisse pas attribuer à la baisse significative de luminosité de la supergéante rouge une baisse de sa température qui le serait tout autant, et selon les deux chercheurs cela ne rend pas crédible l'hypothèse qu'un refroidissement s'est produit en rapport avec la convection de l'étoile.

On sait que lorsque l'on fait chauffer de l'eau dans une casserole, des cellules de convection apparaissent parce que l'eau plus chaude, et donc plus dilatée et légère, monte pour se refroidir et replonger ensuite. On observe ces cellules de convection sur notre Soleil où elles sont nombreuses, quelques millions, et relativement petites (tout de même à peu près de la taille de la France). Celles de Bételgeuse sont considérablement moins nombreuses, une dizaine et donc gigantesques. Mais il semble donc que l'explication de sa baisse de luminosité ne puisse pas être attribuée à la montée d'une bulle de plasma chaud dans une de ces cellules qui se serait ensuite refroidie. On constaterait une baisse de température beaucoup plus importante entre 2004 et 2020.

Pour Levesque et Massey, il est clair que l'hypothèse faisant intervenir un nuage de poussière absorbant une partie de la lumière de Bételgeuse est maintenant très favorisée par rapport à la précédente basée sur un refroidissement. Emily Levesque explique ainsi dans un communiqué de l'université de Washington que : « Les supergéantes rouges perdent occasionnellement du matériel de leurs surfaces, qui se condensera autour de l'étoile sous forme de poussière. En se refroidissant et en se dissipant, les grains de poussière absorbent une partie de la lumière se dirigeant vers nous et bloquent notre vue. Nous voyons cela tout le temps avec des supergéantes rouges, et c'est une partie normale de leur cycle de vie ».

Et l'astronome de poursuivre en déclarant que : « Les supergéantes rouges sont des étoiles très dynamiques. Plus nous en saurons sur leur comportement normal - fluctuations de température, poussière, cellules de convection - mieux nous pourrons les comprendre et reconnaître quand quelque chose de vraiment unique, comme une supernova, pourrait se produire ».

POUR EN SAVOIR PLUS

Bételgeuse : sa baisse de luminosité décryptée par Sylvie Vauclair

Article de Julie Kern publié le 18/01/2020

L'éclat de Bételgeuse, l'étoile star de la constellation d'Orion, fluctue depuis quelques semaines. Sa baisse de luminosité n'est pas nouvelle, elle est tout de même plus faible que jamais. L'astrophysicienne Sylvie Vauclair décrypte pour nous ce qui se cache derrière les caprices de la géante rouge Bételgeuse.

Depuis début décembre, Bételgeuse, une étoile rouge-orangé visible dans Orion, intrigue les astronomes. En effet, sa luminosité a baissé significativement ces dernières semaines, au point qu'elle ne se distingue presque plus des autres étoiles de la constellation. Les spéculations sur les raisons de cette perte d'éclat vont bon train sans grandes certitudes. Sylvie Vauclair, astrophysicienne à l'Institut de recherches en astrophysique et planétologie (Irap) et spécialiste des étoiles, partage avec nous son avis sur le cas Bételgeuse et sa future explosion en supernova.

Futura : L'éclat de Bételgeuse diminue ces derniers temps, est-ce habituel pour cette étoile ?

Sylvie Vauclair : Bételgeuse est l'une des étoiles les plus connues du ciel nocturne, très brillante, l'un des angles du fameux trapèze d'Orion. Il est frappant de constater en ce moment à l'œil nu sa baisse d'éclat spectaculaire, en comparaison des autres étoiles de la constellation. Bételgeuse est une étoile supergéante rouge, énorme comparée au Soleil. Si elle se trouvait au centre de notre Système solaire, son rayon dépasserait celui de la ceinture d'astéroïdes, située entre Mars et Jupiter. En réalité, il s'agit d'une étoile variable. Elle se dilate et se contracte, et son éclat varie en suivant plusieurs cycles, qui se conjuguent au cours du temps. La baisse actuelle de sa luminosité est nettement plus forte que d'habitude. Il est donc légitime de s'en préoccuper.

Existe-t-il une explication à ce phénomène ?

Il y a plusieurs théories avancées, aucune avec certitude. La plus simple est qu'il s'agit d'une fluctuation exceptionnelle, conjugaison des effets de plusieurs cycles habituels. Si c'est le cas, elle retrouvera bientôt sa brillance passée. Une autre théorie suggère qu'il s'agit d'un phénomène particulier, sur le long terme, une baisse constante de l'énergie lumineuse émise par l'étoile, précurseur d'une évolution ultime, catastrophique, son explosion. Enfin, une autre idée intéressante est que Bételgeuse, qui émet en permanence de forts vents stellaires, aurait émis une bouffée de gaz et de poussières particulièrement importante, qui la cacherait partiellement avant de s'évaporer complètement.

Personnellement la première idée d'une fluctuation particulière d'éclat liée à la conjugaison de plusieurs cycles me semble la plus réaliste. Dans tous les cas, nous restons à l'affût pour déceler ou non une éventuelle remontée de la luminosité de Bételgeuse !

Connaît-on d'autres étoiles dans le même cas ?

Il existe beaucoup de supergéantes rouges dans l'Univers, certaines encore plus grosses que Bételgeuse. Il y en a certainement qui présentent ce type de comportement, mais elles sont trop loin de nous pour que nous puissions les observer comme nous le faisons avec Bételgeuse. C'est la seule visible par nous à l'œil nu ! 

Une étude postule que Bételgeuse fut un jour une étoile binaire. Est-ce lié à son éclat fluctuant ?

Les étoiles doubles sont très fréquentes dans l'espace. Si l'une des deux étoiles est très massive, elle évolue rapidement et devient supergéante. Elle peut alors facilement englober la deuxième, restée petite. Cela arrive souvent. Si c'était le cas de Bételgeuse, ce ne serait pas un scoop. L'idée est évoquée pour expliquer sa rotation plus rapide que ce qu'on attendrait normalement pour une étoile de ce type. C'est tout à fait possible, mais cela n'a rien à voir avec le problème actuel de la décroissance lumineuse de Bételgeuse.

Va-t-elle exploser prochainement ? Cela affectera-t-il la Terre ?

D'après les connaissances de l'évolution stellaire, elle a de fortes chances d'exploser « prochainement », à condition d'employer ce terme dans des conditions astronomiques ! Ce n'est peut-être pas avant 100.000 ans, ou même plus, une paille en comparaison de l'âge de l'Univers mais une éternité à notre échelle ! Si elle explose, son éclat pourra devenir aussi fort que celui de la Pleine Lune. Elle émettra alors des vents radioactifs très dangereux. Le problème de l'impact possible sur la Terre dépend de sa distance précise. Compte tenu de sa variabilité, cette distance est difficile à mesurer. Les valeurs données varient entre 500 et 700 années-lumière. D'après les mesures avec le satellite Gaia, ce serait plutôt de l'ordre de 700 années-lumière. De toute manière, avec une telle distance nous ne devrions pas être touchés par ces vents.

Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/etoile-betelgeuse-quest-il-arrive-supergeante-rouge-79164/?fbclid=IwAR35Y7C17TQEtEEWAORfH2ahweG1qhHcbOy59WtJ5HA-_bdeqo0OMO90vzs#utm_content=futura&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura