Vue d'artiste de l'étoile supergéante rouge Bételgeuse telle qu'elle a été révélée par le Very Large Telescope de l'ESO. Il montre une surface en ébullition et de la matière perdue par l'étoile au fur et à mesure qu'elle vieillit. Crédit :ESO/L.Calçada
Faire une carte 3D de notre galaxie serait plus facile si certaines étoiles se comportaient suffisamment longtemps pour que nous puissions calculer les distances qui les séparent. Cependant, les supergéantes rouges sont les enfants fringants du quartier lorsqu'il s'agit de déterminer leur emplacement exact. C'est parce qu'ils semblent danser, ce qui rend difficile la localisation de leur place dans l'espace. Cette oscillation est une caractéristique, et non un bug, de ces vieilles étoiles massives, et les scientifiques veulent comprendre pourquoi.
Ainsi, comme pour d'autres objets difficiles de la galaxie, les astronomes se sont tournés vers des modèles informatiques pour comprendre pourquoi. De plus, ils utilisent les mesures de position de la mission Gaia pour comprendre pourquoi les supergéantes rouges semblent danser.
Comprendre les supergéantes rouges
La population de supergéantes rouges a plusieurs caractéristiques communes. Ce sont des étoiles d'au moins huit fois la masse du soleil, elles sont énormes. Un diamètre typique est d'au moins 700 à 1 000 fois le diamètre solaire. À 3 500 K, elles sont beaucoup plus froides que notre étoile d'environ 6 000 K, bien qu'il soit difficile de mesurer ces températures. Ils sont super brillants dans la lumière infrarouge, mais plus faibles dans la lumière visible que les autres étoiles. Ils varient également dans leur luminosité, ce qui (pour certains d'entre eux) peut être lié à ce mouvement de danse. Plus d'informations à ce sujet dans un instant.
Si le soleil était une supergéante rouge, la Terre ne serait pas là. C'est parce que l'atmosphère de l'étoile aurait atteint Mars et englouti notre planète. Les exemples les plus connus de ces mastodontes stellaires sont Bételgeuse et Antarès. Les supergéantes rouges existent dans toute la galaxie. Il y en a une population que vous pouvez voir la nuit dans un groupe voisin appelé Chi Persei. Il fait partie du célèbre cluster double.
La structure des supergéantes rouges
Donc, nous avons cette population d'étoiles qui ne se comportent pas comme prévu et ne se prêtent pas à des mesures faciles. Pourquoi donc? Ils se sont tellement dilatés qu'ils se retrouvent avec une gravité de surface très faible. À cause de cela, leurs cellules convectives (les structures qui transportent la chaleur de l'intérieur vers la surface) deviennent assez grandes. Une cellule couvre jusqu'à 20 à 30% du rayon de l'étoile. Cela "interrompt" en fait la luminosité de l'étoile.
La convection déplace non seulement la chaleur de l'intérieur vers l'extérieur, mais aide également l'étoile à éjecter de la matière dans l'espace proche. Et, nous ne parlons pas non plus de petits poufs de gaz et de plasma. Une supergéante rouge peut envoyer un milliard de fois plus de masse dans l'espace que le soleil. Toute cette action fait apparaître l'étoile mousseuse et comme sa surface bout follement. Essentiellement, cela donne l'impression que la position de l'étoile danse dans le ciel.
Les supergéantes rouges dans le grand schéma des choses
La matière supergéante rouge fait partie de "l'inventaire" chimique des galaxies. Les éléments créés par ces étoiles deviennent de nouvelles étoiles et de nouveaux mondes. Il est donc utile de bien comprendre comment ces étoiles perdent leur masse tout au long de leur vie. Tout cela fait partie de la compréhension de l'évolution stellaire de la Voie lactée et de son impact sur l'environnement cosmique. C'est pourquoi les astronomes veulent tracer la masse totale que ces étoiles vieillissantes envoient dans l'espace. Ils mesurent également la vitesse du vent stellaire et calculent la géométrie du nuage de "matières stellaires" qui enveloppe une supergéante rouge.
Maintenant, qu'est-ce que cela a à voir avec l'action de danse ? Eh bien, l'ébullition des cellules de convection et l'accumulation d'une coquille de matière autour de l'étoile ajoutent à sa variabilité. C'est-à-dire qu'il affecte sa luminosité au fil du temps.
L'un des moyens que les astronomes utilisent pour déterminer la position exacte d'une étoile consiste à utiliser son "photo-centre". C'est le centre de lumière de l'étoile. Si la luminosité de l'étoile varie (pour une raison quelconque), ce centre photo se déplace. Il ne correspondra pas au barycentre. (C'est le centre de gravité commun entre l'étoile et le reste de son système. C'est un composant des mesures de distance.) Essentiellement, le photocentre varie à mesure que la luminosité de l'étoile change. Combiné à l'action des énormes cellules de convection, l'étoile semble danser dans l'espace.
La danse change l'estimation de la distance
Le "problème de position" de la supergéante rouge a attiré Andrea Chiavassa (Laboratoire Lagrange, Exzellenzcluster ORIGINS et Max Planck Institute for Astrophysics). Elle et l'astronome Rolf Kudritzki (Université de l'Observatoire de Munich et Institut d'Hawai'i) et une équipe scientifique ont créé des simulations des surfaces d'ébullition et de la variabilité de la luminosité des supergéantes rouges.
"Les cartes synthétiques montrent des surfaces extrêmement irrégulières, où les plus grandes structures évoluent sur des échelles de temps de mois voire d'années, tandis que les plus petites structures évoluent sur plusieurs semaines", a déclaré Chiavassa. "Cela signifie que la position de l'étoile devrait changer en fonction du temps."
Dans leur astronomie et astrophysique étude, l'équipe a comparé leur modèle aux étoiles de Chi Persei. Cet amas a été mesuré par le satellite Gaia, de sorte que les positions de la plupart de ses étoiles sont très précises. Eh bien, tous sauf les supergéantes rouges. "Nous avons constaté que les incertitudes de position des supergéantes rouges sont beaucoup plus importantes que pour les autres étoiles. Cela confirme que leurs structures de surface changent considérablement avec le temps, comme le prédisent nos calculs", a expliqué Kudritzki.
Ce changement de position observable fournit une solution pour comprendre les positions changeantes des supergéantes rouges. Cela, à son tour, présente des difficultés pour mesurer les distances exactes à bon nombre de ces étoiles. Le modèle actuel donne également des indices sur l'évolution de ces objets. Mais, savoir ce qui fait danser les étoiles offre un chemin vers une solution lors du calcul de leurs distances. Les futurs modèles aideront les astronomes à affiner ces distances et à mieux comprendre ce qui arrive à ces étoiles à mesure qu'elles vieillissent. Les signatures chimiques du fer prédisent la température des supergéantes rouges
