Bételgeuse, l'étoile brillante de la constellation d'Orion, a fasciné les astronomes ces derniers mois en raison de sa baisse inhabituellement forte de la luminosité. Les scientifiques ont discuté d'un certain nombre de scénarios essayant d'expliquer son comportement. Maintenant, une équipe dirigée par Thavisha Dharmawardena de l'Institut Max Planck d'astronomie a montré que des taches stellaires inhabituellement grandes à la surface de Bételgeuse ont probablement causé l'obscurcissement. Leurs résultats écartent la conjecture précédente selon laquelle il s'agissait de poussière, récemment éjecté par Bételgeuse, qui a obscurci l'étoile.

Les étoiles géantes rouges comme Bételgeuse subissent de fréquentes variations de luminosité. Cependant, la chute frappante de la luminosité de Bételgeuse à environ 40% de sa valeur normale entre octobre 2019 et avril 2020 a surpris les astronomes. Les scientifiques ont développé divers scénarios pour expliquer ce changement de luminosité de l'étoile, qui est visible à l'œil nu et à près de 500 années-lumière. Certains astronomes ont même spéculé sur une supernova imminente. Une équipe internationale d'astronomes dirigée par Thavisha Dharmawardena du Max Planck Institute for Astronomy à Heidelberg a maintenant démontré que les variations de température dans la photosphère, c'est-à-dire la surface lumineuse de l'étoile, fait chuter la luminosité. La source la plus plausible de tels changements de température sont de gigantesques taches d'étoiles froides, semblable aux taches solaires, lequel, cependant, couvrir 50 à 70 % de la surface de l'étoile.

« Vers la fin de leur vie, les étoiles deviennent des géantes rouges, " explique Dharmawardena. " Comme leur approvisionnement en carburant s'épuise, les processus changent par lesquels les étoiles libèrent de l'énergie. ils gonflent, deviennent instables et pulsent avec des périodes de centaines voire de milliers de jours, que nous voyons comme une fluctuation de la luminosité. Bételgeuse est une soi-disant Supergéante Rouge, une étoile qui, par rapport à notre soleil, est environ 20 plus massive et environ 1000 fois plus grande. S'il est placé au centre du système solaire, il atteindrait presque l'orbite de Jupiter.

En raison de sa taille, l'attraction gravitationnelle sur la surface de l'étoile est moindre que sur une étoile de même masse mais avec un rayon plus petit. Par conséquent, les pulsations peuvent éjecter les couches externes d'une telle étoile relativement facilement. Le gaz libéré se refroidit et se développe en composés que les astronomes appellent poussière. C'est pourquoi les étoiles géantes rouges sont une source importante d'éléments lourds dans l'Univers, à partir de laquelle les planètes et les organismes vivants finissent par évoluer. Les astronomes ont précédemment considéré la production de poussière absorbant la lumière comme la cause la plus probable de la forte baisse de luminosité.

Pour tester cette hypothèse, Thavisha Dharmawardena et ses collaborateurs ont évalué les données nouvelles et archivées de l'expérience Atacama Pathfinder (APEX) et du télescope James Clerk Maxwell (JCMT). Ces télescopes mesurent le rayonnement de la gamme spectrale des ondes submillimétriques (rayonnement térahertz), dont la longueur d'onde est mille fois supérieure à celle de la lumière visible. Invisible à l'oeil, les astronomes les utilisent depuis un certain temps pour étudier la poussière interstellaire. La poussière froide en particulier brille à ces longueurs d'onde.

"Ce qui nous a surpris, c'est que Bételgeuse est devenue 20% plus sombre même dans la gamme des ondes submillimétriques, " rapporte Steve Mairs de l'Observatoire d'Asie de l'Est, qui a collaboré à l'étude. L'expérience montre qu'un tel comportement n'est pas compatible avec la présence de poussières. Pour une évaluation plus précise, elle et ses collaborateurs ont calculé quelle influence la poussière aurait sur les mesures dans cette gamme spectrale. Il s'est avéré qu'en effet une réduction de la luminosité dans la gamme submillimétrique ne peut pas être attribuée à une augmentation de la production de poussière. Au lieu, l'étoile elle-même doit avoir causé le changement de luminosité mesuré par les astronomes.

Les lois physiques nous disent que la luminosité d'une étoile dépend de son diamètre et surtout de sa température de surface. Si seulement la taille de l'étoile diminue, la luminosité diminue également dans toutes les longueurs d'onde. Cependant, les changements de température affectent différemment le rayonnement émis le long du spectre électromagnétique. Selon les scientifiques, l'assombrissement mesuré en lumière visible et en ondes submillimétriques témoigne donc d'une diminution de la température moyenne de surface de Bételgeuse, qu'ils quantifient à 200 K (ou 200 °C).

"Toutefois, une distribution de température asymétrique est plus probable, " explique le co-auteur Peter Scicluna de l'Observatoire européen austral (ESO). " Les images haute résolution correspondantes de Bételgeuse de décembre 2019 montrent des zones de luminosité variable. Avec notre résultat, c'est une indication claire d'énormes taches stellaires couvrant entre 50 et 70 % de la surface visible et ayant une température inférieure à celle de la photosphère plus brillante." Les taches stellaires sont courantes dans les étoiles géantes, mais pas à cette échelle. On ne sait pas grand-chose de leur vie. Cependant, les calculs du modèle théorique semblent être compatibles avec la durée de la baisse de luminosité de Bételgeuse.

Nous savons grâce au soleil que la quantité de taches augmente et diminue au cours d'un cycle de 11 ans. On ne sait pas si les étoiles géantes ont un mécanisme similaire. Une indication pour cela pourrait être le minimum de luminosité précédent, qui était aussi beaucoup plus prononcée que celles des années précédentes. « Les observations dans les années à venir nous diront si la forte diminution de la luminosité de Bételgeuse est liée à un cycle ponctuel. En tout cas, Bételgeuse restera un objet passionnant pour de futures études, " conclut Dharmawardena.