Bételgeuse explosera-t-elle bientôt en supernova?
Depuis plusieurs mois, cette étoile fait beaucoup jaser par une baisse de luminosité tant soudaine que mal comprise. Elle fait l’argument de plusieurs journalistes scientifiques tant et si bien que l’un d’entre eux parlait même d’une autre sphère de Dyson pour expliquer son nouvel état. Comme les étoiles m’intéressent et sont la matière première de ma passion en astronomie, j’ai essayé de rassembler le maximum d’info sur le sujet pour mieux comprendre comment cette étoile, qui était la 9e plus brillante de notre ciel, a été rétrogradée à la 21ème place.
Si on regarde les faits, premièrement, Bételgeuse est classée comme une variable semi-régulière et donc, comme toute étoile variable qui se respecte, elle varie!…
Si on consulte les spécialistes en étoiles variables, l’AAVSO (American Association of Variable Star) Alpha Ori est une SRC, soit une « Supergéante semi-réguliers de type tardif (M, C, S ou Me, Ce, Se) avec des amplitudes d'environ 1 mag. et des périodes de variation de la lumière de 30 jours à plusieurs milliers de jours. »
Du point de vue spectral, la base de données de l’AAVSO fait état de son type spectral qui varie entre M1 et M2 la-Iab. (https://aavso.org/vsx/index.php?view=detail.top&oid=24710)
Toujours en se servant de leurs bases de données, traçons les courbes de ses variations depuis 1900 à aujourd’hui en ne se servant que des rapports d’observations visuelles (cercles noirs) et ceux ayant utilisé une caméra CCD avec un filtre photométrique « V » (carrés verts). Nous obtenons ce graphique et découvrons une période estimée à 423 jours, mais aussi des cycles qui se répètent entre 5 à 6 ans :
Vu que sa dernière baisse date d’environ 2019/01/01, son prochain cycle devrait recommencer aux alentours du 27 février 2020. Normalement, c’est après cette date que nous serons fixées.
Il est aussi à noter aussi que l’étoile varie autant de façon radiale (comme une céphéide), qu’en mode non radial
(*pensez à une balloune pleine d’eau que l’on presse, son volume ne change pas, seulement sa forme).
Sur ce graphique, il est facile de constater que cette étoile est beaucoup moins stable que notre Soleil qui est classé « G », beaucoup plus jeune et plus chaude, le stade de la géante rouge est encore loin. Pour mieux le visualiser, le meilleur outil est encore le diagramme Hertzsprung-Russell d’où l’on peut facilement constater l’état de l’étoile, qui est loin de la séquence principale, sa température de surface qui ne dépasserait pas 4000 degrés Kelvin.
C’est donc dire que plus une étoile s’éloigne de cette séquence principale, plus elle est sujette à une variation, une transformation, ou à sa mort imminente.
Dernièrement, Sara Beck, l’assistante technique de l’AAVSO, a fait une recherche avec les 36,743 observations de l'étoile compilées dans la base de données AAVSO en commençant par la première prise enregistrée le 10 décembre 1893. En attendant une analyse définitive, Sara a convenu que le minimum actuel semble être l'un des plus faibles depuis plus de cent ans.
Par contre il faut noter des recherches faites par certains astronomes qui relate l'étoile a bien baissé dans les champs spectrale U,V,B,R,I soit dans le visible, mais aussi qu'elle est restée inchangée dans les champs J et H de l'infrarouge. Ce qui indique que l'intégrité de l'étoile n'aurait pas changé, mais que quelque chose bloquerait la luminosité de l'étoile entre elle et nous, poussiéreux?
Pour en savoir plus, voir le très bel entrevue de Guillaume Doyen avec deux chercheurs de l'observatoire de la cote d'azur, Miguel Montargès et Eric Lagadec.
https://www.youtube.com/watch?v=lE5zQsGUXbI&feature=emb_rel_end
Par le diagramme HR, comparativement à notre Soleil qui n’a que 4.56 milliards d’années, à la fin de sa vie (dans environ 5 autres milliards d’années), notre soleil va grossir, grossir et devenir, lui aussi une géante rouge. Dans le diagramme H-R, il occupera une place "proche" de la localisation actuelle de Bételgeuse. Puis, il perdra son enveloppe pour ne conserver que son cœur, c’est-à-dire une naine blanche qui refroidira lentement. Sur cette autre version du diagramme H-R, on peut suivre son parcours de fin de vie mais aussi comparer avec la localisation de Bételgeuse qui était aussi, il y a longtemps, une étoile qui a vécu longtemps dans cette séquence principale de façon très stable.
Le trajet de vie du soleil :
Diagramme de Hertzsprung-Russel version vie du Soleil
(source : astrosurf.com/cieldaunis/conf-masse/lumiere)
Comme la masse du soleil est beaucoup moins importante, il n’explosera pas en supernova, ce qui n’est pas le cas de Bételgeuse étant une étoile beaucoup plus massive et qui, selon les modèles de l'évolution de l'étoile au fil du temps, a un âge estimé à environ 8,5 à 10 millions d'années. La mort de Bételgeuse sera spectaculaire et même visible en plein jour.
Parlant de sa masse, on pensait il n’y a pas longtemps que Bételgeuse était à une distance de 430 années-lumière ce qui, selon son diamètre mesurable par son observation lui conférerait un diamètre de près de 7 à 7.5 unités astronomique.
C’est grâce à la loi de Stefan-Boltzmann que l’on peut calculer le rayon des étoiles et on pensait avoir évalué la masse de Bételgeuse à 550 fois celui de notre Soleil et donc avec un rayon qui s’étendrait jusqu’au centre de la distance qui est entre Mars et Jupiter. Elle a une masse 10 fois supérieure à celle de notre Soleil, mais fait 1400 fois sa taille et en temps normal, elle est 14 000 fois plus lumineuse que le Soleil, ce qui en faisait la 9è étoile la plus brillante selon Wikipédia (https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_%C3%A9toiles_les_plus_brillantes).
Nota : Grâce à la loi de Stefan-Boltzmann, les astronomes peuvent calculer le rayon des étoiles
La luminosité L d'une étoile s'écrit: L = 4πσR2T4
L est la luminosité, σ est la constante de Stefan-Boltzmann, R le rayon de l'étoile et T sa température.
Or, de nouvelles recherches ont maintenant estimé sa distance à 720 AL et même un peu plus, ce qui rendrait son diamètre supérieur à la distance entre Jupiter et le Soleil, qui est à 5.2 unités astronomiques. Un diamètre de 11 unités astronomiques avant sa baisse de magnitude a donc été avancé et depuis sa baisse, on calcule un diamètre de 9 unités astronomiques. (Ciel et Espace 2009-08)
On parlait aussi de sa température qui ne dépassait pas 4000 Kelvin, mais dernièrement l’Observatoire de Wasatonic a conclu, après une observation de l’épaule gauche d’Orion qu’elle acccuse une température de 3545K et qu’elle est rétrogradée à la classe M3.5lab, donc avec un refroidissement de 3 % (80K). (http://www.astronomerstelegram.org/?read=13365)
En fait, on relate que Bételgeuse faiblit depuis 15 ans environ. Un article publié par Futura Science le 14/06/2009 mentionne que :
Les résultats de Michelson et Peasa par exemple avaient été obtenus dans le domaine du visible mais depuis longtemps, les astronomes du UC Berkeley's Infrared Spatial Interferometer Array (ISI) au sommet du Mont Wilson en Californie, observent et mesurent les caractéristiques des étoiles dans l'infrarouge grâce à la synthèse d'ouverture.
Avec son collègue Edward Wishnow, Charles H. Townes, le célèbre prix Nobel de physique 1964 pour l'invention du laser, conduit des observations depuis des années à l'aide de l'instrument ISI. Ils sont arrivés à une conclusion assez étonnante. Bien que la luminosité de Bételgeuse n'ait pas diminué en moyenne depuis 1993... son diamètre en revanche s'est réduit !
Le rétrécissement de la taille de la supergéante n'est pas négligeable. En 15 années, cette étoile a vu son rayon diminuer d'une distance égale à celle qui sépare Vénus du Soleil. Mieux, le processus semble aller en s'accélérant... »
(https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronomie-betelgeuse-etoile-geante-retrecirait-depuis-15-ans-19557/)
Pour terminer le dossier, Bételgeuse fait partie des prochaines étoiles prospectes à exploser en supernovæ :
De mon bord...
Depuis, j’ai voulu participer aux suivis et faire ma part en étant pro-actif.
J’ai d’abord consulté sur le site de l’AAVSO les dernières observations de Bételgeuse :
https://aavso.org/apps/webobs/results/?star=BETELGEUSE&num_results=200
J’ai remarqué tout de suite 3 choses :
1- On roule en moyenne entre 1.5 à 1.2 de magnitude (pour le mois de décembre 2019).
2- Un des observateurs a utilisé une CCD pour obtenir 1.281 en filtre "V" et avec une erreur de seulement 0.004 ce que je considère assez précis.
3- D'autres observations ont été faites avec des filtres U et B, Bételgeuse rayonne à 3.082 en filtre "B" et 4.799 en filtre "U"!!! Ce qu’un de mes bons amis physiciens, Mario Lessard jugeait très normal :
« Ces étoiles froides en fin de vie produisent beaucoup d'atomes neutres et de molécules/poussières ce qui "cache" le continuum rouge visible et cause même un excès dans le proche infrarouge (les poussières rayonnent alors comme un corps noir). Les étoiles au carbone par exemple ne démontrent presque plus de rouge visible ! Le bleu n’en « bouge pas» sauf si l'étoile est située dans le plan du centre galactique ou dans un cocon de matière circumstellaire poussiéreux qui absorbent plus le bleu (c'est d'ailleurs pour cette raison que des étoiles d'indice B-V bleue située dans les régions dense du centre de la Voie Lactée paraissent quand même rouges à l'oeil nu)
À partir de du milieu de la classe spectrale K et M -, les outils standards photométriques (indice B-V et autres) sont souvent peu utiles pour classer ces étoiles et les astronomes prennent plutôt d'autres traceurs comme le ratio des bandes TiO ou ZrO versus d'autres raies...
Ces types spectraux sont très difficiles à étalonner et souvent la frontière entre une K5 et une M0 par exemple est très floue ! »
J’ai donc monté quelques belles soirées dans mon observatoire (ce qui est rare en décembre ici au Québec!) et j’ai fait des spectres quej'ai continué jusqu'en février 2020 afin de suivre le flux de luminausité et la chimie de l'étoile:
On voit déjà quelques différences dans les plages de TiO (Oxyde de Titane). J'ai diffusé ces spectres sur le forum et aussi dans la base de données de l'AAVSO.
Quelques jours après, le 31-12-2019, l'astronome anglais bien connu, Robin Leadbeater qui est un "king" bien connu dans la spectro amateure à publié sur le forum Cette adresse courriel est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser. un montage spectral avec lequel j’ai pu me comparer et où l'on voit encore les différences dans les bandes d’oxyde de Titanium (TiO). Son site est le :www.threehillsobservatory.co.uk
Le projet ultime serait de pouvoir faire un suivi spectroscopique dynamique à long terme afin de pouvoir regrouper plus de 150 observations et d’en faire une image qui suit la flèche du temps. Nous pourrions alors obtenir alors un portrait des changements de cette étoile si populaire.
« The inhomogeneous sub-millimeter atmosphere of Betelgeuse »
Astronomy & Astrophysics manuscript no. aanda June 20, 2017
O’Gorman, P.Kervella, G.M.Harper, A. M. S. Richards, L.Decin, M.Montargès, I.McDonald
Conclusion:
On sait aussi que cette étoile dégage beaucoup de matière, principalement à ses pôles.
Mais si la perte récente de masse est "équatoriale" plutôt que polaire, ce sera démontré dans les spectres haute résolution (vsini). L'énergie de vibration des molécules formées sera plus "visible" aussi dans le radio donc je parie un p'tit 2 qu'au moment d'écrire ces lignes il y a des observations radio qui viendront bientôt s'ajouter.
Donc, à la première question, oui Bételgeuse va exploser en supernova de type 2… mais pas tout de suite, enfin entre demain et 100,000 ans.
C’est donc à suivre…à partir de fin février
JBD-2020
Références :
Sphère de Dyson :
(https://camaraderielimited.fr/la-star-de-betelgeuse-agit-comme-si-elle-etait-sur-le-point-dexploser-meme-si-les-chances-le-disent/)
(*Sphere de Dyson - https://fr.wikipedia.org/wiki/Sphère_de_Dyson)
Pour aller plus loin :
https://arxiv.org/pdf/1706.06021.pdf
http://www.astronomerstelegram.org/?read=13365
https://www.skyandtelescope.com/observing/fainting-betelgeuse/
https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2017/06/aa31171-17/aa31171-17.html
https://arxiv.org/abs/1012.0377
https://www.researchgate.net/publication/333961832_The_many_faces_of_Betelgeuse
https://arxiv.org/abs/1506.07536
https://arxiv.org/abs/1304.2780
https://arxiv.org/abs/1912.12539
https://arxiv.org/abs/1105.3273