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    Hubble découvre que l'obscurcissement mystérieux des Betelgeuses est dû à une explosion traumatisante

    Ce graphique à quatre volets illustre comment la région sud de l'évolution rapide, l'étoile supergéante rouge vif Betelgeuse peut être soudainement devenue plus faible pendant plusieurs mois fin 2019 et début 2020. Dans les deux premiers panneaux, vu en lumière ultraviolette avec le télescope spatial Hubble, un brillant, Une goutte chaude de plasma est éjectée de l'émergence d'une énorme cellule de convection à la surface de l'étoile. Dans le panneau trois, le gaz expulsé sortant se dilate rapidement vers l'extérieur. Il se refroidit pour former un énorme nuage de grains de poussière obscurcissants. Le dernier panneau révèle l'énorme nuage de poussière bloquant la lumière (vue de la Terre) d'un quart de la surface de l'étoile. Crédit :NASA, ESA, et E. Wheatley (STScI)

    Des observations récentes de Bételgeuse ont révélé que les périodes de gradation inattendues et importantes de l'étoile fin 2019 et début 2020 étaient très probablement causées par l'éjection et le refroidissement de gaz chauds denses, et que l'étoile traverse peut-être une autre période d'obscurcissement plus d'un an plus tôt.

    Entre octobre et novembre 2019, Le télescope spatial Hubble observé dense, matériau chauffé se déplaçant vers l'extérieur à travers l'atmosphère étendue de l'étoile à 200, 000 milles à l'heure. Le mois suivant, plusieurs télescopes au sol ont observé une diminution de la luminosité dans l'hémisphère sud de Bételgeuse, comme si quelque chose bloquait la lumière dans cette région de l'étoile. D'ici février 2020, l'étoile avait perdu plus des deux tiers de son éclat, une gradation visible même à l'œil nu, créant le buzz que l'étoile pourrait devenir une supernova. Les observations spectroscopiques de lumière ultraviolette continues avec Hubble ont fourni un calendrier à suivre pour les chercheurs, comme des miettes de pain qui remontent le temps pour localiser la source de la mystérieuse gradation.

    "Avec Hubble, nous avions précédemment observé des cellules de convection chaude à la surface de Bételgeuse et à l'automne 2019, nous avons découvert une grande quantité de gaz chaud dense se déplaçant vers l'extérieur à travers l'atmosphère étendue de Bételgeuse. Nous pensons que ce gaz s'est refroidi à des millions de kilomètres à l'extérieur de l'étoile pour former la poussière qui a bloqué la partie sud de l'étoile photographiée en janvier et février, " a déclaré Andrea Dupree, directeur associé du Centre d'Astrophysique | Harvard et Smithsonian, et auteur principal de l'étude. "Le matériau était deux à quatre fois plus lumineux que la luminosité normale de l'étoile. Et puis, environ un mois plus tard, la partie sud de Bételgeuse s'obscurcit visiblement à mesure que l'étoile s'affaiblissait. Nous pensons qu'il est possible qu'un nuage noir résulte de l'écoulement détecté par Hubble. Seul Hubble nous donne cette preuve qui a conduit à l'obscurcissement."

    Ce tracé spectral est basé sur les observations du télescope spatial Hubble de mars 2019 à février 2020. Hubble a enregistré une explosion surprenante dans l'atmosphère de l'étoile supergéante rouge voisine Betelgeuse. Des mesures d'émission de magnésium II ont été utilisées pour suivre le mouvement dans l'atmosphère pulsée de l'étoile. Le spectrographe imageur du télescope spatial de Hubble a capturé une augmentation spectaculaire de la luminosité des émissions de magnésium en octobre 2019, dans la région sud-est de l'étoile, comme indiqué par le cercle blanc. (Betelgeuse est assez proche et assez grande pour que Hubble résolve l'énorme disque de l'étoile.) Cet événement traumatique était différent de ce qui est normalement observé pendant la période de pulsation de 420 jours de l'étoile. A la même époque en octobre, l'étoile a soudainement commencé à faiblir. Cette décoloration s'est poursuivie jusqu'en février 2020, à ce moment-là, les données spectrales ultraviolettes de Hubble étaient revenues à la normale. L'explosion est soupçonnée d'avoir éjecté un nuage de plasma chaud qui s'est refroidi pour former de la poussière qui a bloqué une partie importante de la lumière de l'étoile pendant quelques mois. La longue base de référence de Hubble pour surveiller l'étoile a aidé à assembler les pièces du puzzle. Crédit :NASA, ESA, A. Duprée (CfA), et E. Wheatley (STScI)

    Et Betelgeuse a réservé une autre surprise aux scientifiques lorsque les observations de Hubble ont révélé que le plasma détecté n'avait pas été éjecté des pôles de rotation de l'étoile comme le prédisent les modèles stellaires. "Les observations de Hubble suggèrent que la matière peut être chassée de n'importe quelle partie de la surface stellaire, " dit Duprée, ajoutant que l'activité récente sur Bételgeuse n'était pas normale pour cette star. Dupree a noté que Bételgeuse perd de la masse à un rythme 30 millions de fois supérieur à celui du Soleil, mais cette activité récente a entraîné une perte d'environ deux fois la quantité normale de matériel de l'hémisphère sud seul. "Toutes les étoiles perdent de la matière au profit du milieu interstellaire, et nous ne savons pas comment ce matériel est perdu. Est-ce un vent doux qui souffle tout le temps ? Ou cela vient-il par à-coups? Peut-être avec un événement tel que nous l'avons découvert sur Bételgeuse ? Nous savons que d'autres étoiles lumineuses plus chaudes perdent de la matière et qu'elles se transforment rapidement en poussière, ce qui rend l'étoile beaucoup plus faible. Mais en plus d'un siècle et demi, cela n'est pas arrivé à Bételgeuse. C'est très particulier."

    Des observations complémentaires à l'aide de l'observatoire d'activité STELLAr - STELLA - ont mesuré les changements de vitesse de la surface de l'étoile à mesure qu'elle montait et descendait pendant le cycle de pulsation, créant un effet d'entraînement qui a pu propulser le plasma sortant à travers l'atmosphère de l'étoile. "Nous avons vu toutes les raies d'absorption dans le spectre se déplacer vers le bleu et nous savions que l'étoile était en expansion, " a déclaré Klaus G. Strassmeier, directeur des champs magnétiques cosmiques au Leibniz-Institut fur Astrophysik Potsdam (AIP) et co-auteur de l'étude. « Quand la gradation a commencé, le décalage vers le bleu est devenu de plus en plus petit et est en fait redevenu un décalage vers le rouge lorsque l'étoile était la plus faible. Nous savions donc que la gradation devait être liée d'une manière ou d'une autre à l'expansion et à la contraction de la photosphère de l'étoile, mais cela seul n'aurait pas pu causer une si grande atténuation."

    Une image de l'imageur héliosphérique à bord du vaisseau spatial STEREO de la NASA montre l'étoile Bételgeuse, encerclé. Pendant plusieurs semaines en 2020, STEREO était le seul observatoire à effectuer des mesures de Bételgeuse en raison de la position unique de l'engin spatial dans l'espace. Crédits :NASA/STEREO/HI

    Alors que l'étoile se déplaçait dans le ciel diurne et hors de la vue de Hubble et STELLA, les chercheurs se sont tournés vers l'observatoire des relations terrestres solaires de la NASA, STEREO, pour surveiller la luminosité de la supergéante. Mais les observations estivales ont révélé une surprise surprenante :une gradation plus inattendue. Entre fin juin et début août 2020, STEREO a observé Bételgeuse pendant cinq jours distincts, mesurer la luminosité relative de l'étoile par rapport à d'autres étoiles. "Our observations of Betelgeuse with STEREO confirm that the star is dimming again. Betelgeuse typically goes through brightness cycles lasting around 420 days, and since the previous minimum happened in February 2020, this new dimming is over a year early, " said Dupree, who plans to observe Betelgeuse with STEREO again next year, during the star's maximum, to monitor for unexpected outbursts.

    This figure shows measurements of Betelgeuse's brightness from different observatories from late 2018 to present. The blue and green points represent data from ground-based observatories. The gaps in these measurements happen when Betelgeuse appears in Earth's day sky, making it impossible to take precise brightness measurements. During this observation gap in 2020, NASA's STEREO spacecraft — with measurements shown in red — stepped in to observe Betelgeuse from its unique vantage point, revealing unexpected dimming by the star. The 2018 data point from STEREO was found in the mission’s archival data and was used to calibrate STEREO's measurements against other telescopes. Credit:Dupree, et al.

    Intense interest surrounding Betelgeuse ignited late last year as the star continued to grow dimmer and dimmer, a behavior some scientists said signaled that the old star was about to go supernova. As a variable star that expands and contracts, dimming and brightening over each cycle, "Betelgeuse is a bright star in our galaxy, near the end of its life that is likely to become a supernova. When the star became very faint in February 2020, this was the faintest that it had ever been since measurements began over 150 years ago, " said Dupree. "The dimming was obvious to everyone when looking at the constellation Orion; it was very weird, Betelgeuse was almost missing." At 725 light years away, light—and dimming—seen from Betelgeuse today on Earth left the star in the year 1300. "No one knows how a star behaves in the weeks before it explodes, and there were some ominous predictions that Betelgeuse was ready to become a supernova. Chances are, cependant, that it will not explode during our lifetime, but who knows?"

    The full results of the Hubble and STELLA studies published today in The Journal d'astrophysique . Observations from STEREO were reported via The Astronomer's Telegram on July 28, 2020.


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