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Le chaînon manquant de la vie des étoiles hypergéantes

Une équipe de chercheurs européens, incluant des membres de l'Observatoire Royal de Belgique, a publié les résultats de 30 ans d'études d'une étoile hypergéante très particulière. Ils ont constaté qu'au cours de cette période, la temperature à la surface de HR 8752, cette étoile extrêmement brillante, a augmenté d'environ 3000 degrés, indiquant que cette étoile est passée par une phase évolutive extrêmement rare qui s'appelle le 'Vide Évolutionnaire Jaune'. C'est donc une sorte de chaînon manquant qui vient d'être observé pour la première fois dans la vie des étoiles les plus massives.

Une équipe d'astronomes de six pays européens, en collaboration avec l'Observatoire Royal de Belgique (ORB), a étudié l'étoile hypergéante HR 8752 au long des 30 années où elle a traversé le 'Vide Évolutionnaire Jaune', une phase dans la vie des étoiles massives où ces dernières deviennent très instables. L'équipe a constaté que la température à sa surface a grimpé de 5000 à 8000 degrés au cours de cette période, par ailleurs extrêment brève dans la vie d'une étoile. Les résultats de ces recherches ont récemment été publiés dans la revue Astronomy and Astrophysics, et sont disponibles en ligne via http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/201117166. Cette découverte est une étape importante dans le décryptage de l'évolution des hypergéantes, les étoiles les plus lumineuses et les plus massives de la Voie Lactée.

Les hypergéantes émettent en général des millions de fois plus de lumière que le Soleil, et elles sont souvent plusieurs centaines de fois plus grandes. HR 8752 est environ un quart de million de fois plus lumineuse que le soleil. Par conséquent, bien que située à grande distance de la Terre, elle est visible, dans la constellation de Cassiopée, avec de simples jumelles. Sur les milliards d'étoiles que compte la Voie Lactée, à ce jour seulement 12 sont répertoriées comme hypergéantes.

Le 'Vide Evolutionnaire Jaune' est une phase unique dans la courte vie d'une hypergéante au cours de laquelle sa température et sa luminosité peuvent changer très rapidement. Les chercheurs ont découvert que leurs atmosphères deviennent alors très instables en raison de forces dirigées vers l'extérieur qui tantôt égalent, tantôt surpassent la force de gravité. Ces très fortes instabillités dans l'atmosphère provoquent d'énormes pertes de matière. Au cours de cette 'zone interdite' de son évolution, une telle étoile peut alors perdre l'équivalent de la masse du Soleil chaque année. Les hypergéantes situées dans le 'Vide Jaune' ne peuvent donc y rester que très peu de temps, ce qui explique que presque toutes les hypergéantes que nous connaissons se trouvent en dehors de cette zone.

L'équipe de chercheurs a pu établir que HR 8752 est une hypergéante d'un type très rare, en ce qu'elle a déjà partiellement traversé le 'Vide'. Les changements de son atmosphère ont été étroitement surveillés par des observations régulières tout au long des 30 dernières années.

Alex Lobel, coauteur de l'étude et chercheur de l'ORB, explique que "vers 1980, HR 8752 était identique à l'hypergéante éruptive Rho Cas, de type spectral F, mais son atmosphère a rapidement évolué, et aujourd'hui elle présente les propriétés physiques d'une étoile plus chaude, de type A. Nous sommes stupéfaits par les changements de HR 8752 durant cette période."

Entre 1900 et 1980 la température atmosphérique de HR 8752 est restée presque constante, autour de 5000 degrés, mais entre 1985 et 2005, elle a rapidement augmenté, jusqu'à atteindre 8000 degrés. Les chercheurs ont pu calculer que son rayon a diminué entre 1985 et 2005, de 750 à 400 fois celui du Soleil. En 1985, il a été décidé de démarrer un programme d'observations coordonnées à long terme du spectre, après qu'il fût constaté que l'étoile hypergéante était exactement au bord du 'Vide Jaune', et commencait à le traverser. "Lors de sa traversée du 'Vide Jaune', HR 8752 a souffert, ce qui a modifié les caractéristiques physiques de son atmosphère", clarifie Lobel.

L'équipe de chercheurs a en outre démontré que le 'Vide Jaune' est en fait constitué de deux phases importantes au cours desquelles l'atmosphère des hypergéantes est instable, ce qui résulte de l'ionisation de grandes quantités de gaz d'hydrogène et d'hélium dans leur atmosphère. Ces deux phases instables sont séparées par une phase plus calme, correspondant à un domaine de temperature assez étroit, autour de 8000 degrés, où l'atmosphère devient légèrement plus stable.

Le destin de HR 8752 reste incertain, mais on soupçonne fortement ces hypergéantes massives de mourir dans une explosion spectaculaire et puissante, c.-à-d. une supernova, à moins que les modifications qu'elle a subies lors de sa traversée du 'Vide Évolutionnaire Jaune' ne la transforment en un autre type d'étoiles rares connues sous le nom d'étoiles 'Lumineuses Bleues et Variables'. Selon Kees de Jager et Hans Nieuwenhuijzen, les astronomes du Netherlands Institute for Space Research à Utrecht qui ont intensivement conduit les recherches sur cette étoile pendant trois décennies, quoiqu'elle devienne, HR 8752 ne pourra désormais plus passer inaperçue.

Cette découverte est une étape importante vers une compréhension de l'existence même de ce type d'étoiles extrêmes. La théorie prévoit qu'un certain nombre d'autres hypergéantes possédant des caractéristiques similaires existent dans la Voie Lactée. La recherche de ces étoiles remarquables et le suivi de leurs changements spectaculaires sur des échelles de temps humaines vient seulement de commencer, mais est désormais placée de manière permanente sur les rails.


Cette recherche a été partiellement soutenue par la Politique Scientifique Fédérale de Belgique.

L'équipe de chercheurs mentionnée dans ce communiqué de presse se compose de dr. H. Nieuwenhuijzen (SRON Netherlands Institute for Space Research, Pays Bas), prof. dr. C. de Jager (NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research, Pays Bas), dr. I. Kolka (Tartu Observatory, Estonie), dr. G. Israelian (Instituto de Astrofisica de Canarias, Espagne), dr. A. Lobel (Observatoire Royal de Belgique), dr. E. Zsoldos (Konkoly Observatory, Hongrie), dr. A. Maeder (Observatoire de Genève, Suisse), et dr. G. Meynet (Observatoire de Genève, Suisse)

L'observatoire Royal de Belgique est un institut scientifique fédéral à Bruxelles.

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