Expliqué | Bételgeuse, l’étoile géante rouge, explosera-t-elle de votre vivant ?

L’étoile rouge vif Bételgeuse, appelée « Thiruvathirai » ou « Ardra » dans l’astronomie indienne, est facilement visible dans la constellation d’Orion.

En examinant sa pulsation, la contraction et l’expansion périodiques de l’étoile, des chercheurs japonais et suisses ont récemment rapporté que l’étoile est dans sa phase finale de combustion du carbone. Dans les étoiles massives comme Bételgeuse, la phase de combustion du carbone ne dure que quelques centaines d’années, après quoi l’étoile « meurt » et s’effondre en une supernova en quelques mois.

Chez l’homme, des battements cardiaques lents ou anormaux indiquent un blocage possible du cœur. De même, les chercheurs disent que la pulsation observée de Bételgeuse correspond aux estimations théoriques d’une combustion de carbone à un stade avancé, suggérant que la supergéante rouge est en train de mourir.

“A partir des périodes de pulsation, nous pouvons déduire le rayon de l’objet pulsant. À partir du rayon, de la luminosité et de la masse calculés de Bételgeuse, nous avons déterminé qu’il devait s’agir d’un stade tardif de la combustion du carbone central », a déclaré Devesh Nandal, doctorant au Département d’astronomie de l’Université de Genève et l’un des auteurs de l’étude. étude, dit l’Hindou.

une mort annoncée

La plupart des étoiles, y compris notre Soleil, fusionnent l’élément le plus simple de l’univers, l’hydrogène, pour produire de l’hélium et de l’énergie comme sous-produit. L’attraction extérieure de cette énergie équilibre l’attraction intérieure de la gravité et empêche l’effondrement de l’étoile.

Des étoiles massives comme Bételgeuse sont à court d’hydrogène en quelques millions d’années seulement, lorsqu’elles passent à l’hélium pour fabriquer du carbone. L’énergie libérée lors de la fusion de l’hélium est inférieure à celle de l’hydrogène, de sorte que l’étoile brûle plus d’hélium pour rester stable et ne pas s’effondrer. L’hélium s’épuise dans une dizaine d’années.

À l’heure actuelle, des géantes rouges comme Bételgeuse brûlent du carbone, puis du silicium, consommant rapidement les éléments du tableau périodique un par un, jusqu’à ce que leurs noyaux regorgent finalement de fer – dont la fusion nécessite plus d’énergie qu’il n’en libère – et d’un peu de cobalt et de nickel.

Chacune de ces étapes est plus courte que la précédente. Dans une étoile comme Bételgeuse, le carbone brûle en quelques centaines d’années, tandis que le silicium dure environ une journée. Ainsi, le stade carbonique tardif est la phase terminale de Bételgeuse.

Une fois que le noyau est riche en fer, la température et la pression à l’intérieur de l’étoile chutent. Sans rien pour l’arrêter, la gravité comprime le noyau et le transforme en étoile à neutrons ou en trou noir. L’onde de choc résultant de l’effondrement projette les couches environnantes dans l’espace interstellaire. L’étoile explose dans un feu d’artifice céleste.

Le battement de cœur de Bételgeuse

Comme le couvercle d’une casserole d’eau bouillante soulevé périodiquement pour libérer la vapeur accumulée, les étoiles géantes rouges se dilatent et se contractent en raison du chauffage et du refroidissement périodiques de l’hydrogène dans leurs couches les plus externes.

La température de l’hydrogène dans la partie la plus externe de l’enveloppe d’une étoile géante rouge est de 3800 à 4000 K. L’hydrogène neutre dans cette région plus froide absorbe la chaleur de l’intérieur. Lorsque la température est élevée au-dessus de 7000 K, l’électron isolé de chaque atome d’hydrogène est éliminé et l’hydrogène devient ionisé.

L’hydrogène ionisé peut absorber la chaleur, de sorte que l’étoile se dilate soudainement avec une grande force et que la coquille extérieure de l’étoile est éjectée. Une fois cette masse chaude éjectée, la région se refroidit et l’hydrogène redevient neutre en se recombinant avec les électrons.

Au fur et à mesure que ce processus se répète, l’étoile apparaît à un observateur éloigné s’assombrir et s’éclaircir à intervalles réguliers.

vérifier le pouls

Les astronomes détectent l’expansion et la contraction d’une étoile lointaine en diffusant sa lumière stellaire en différentes couleurs et examinent le spectre résultant. Cette pulsation correspond aussi approximativement aux variations périodiques de la luminosité observée de l’étoile. Pour Bételgeuse, les astronomes ont observé quatre pulsations semi-régulières approximatives avec des périodes de 2 190, 417, 230 et 185 jours.

La membrane d’un tambour oscille à une certaine fréquence en fonction du rythme. En plus de cette vibration fondamentale, la membrane vibre également à d’autres fréquences, appelées harmoniques. De même, les battements de cœur des étoiles ont aussi un fondamental et des harmoniques.

Parmi les quatre pulsations observées, laquelle est la fondamentale de Bételgeuse ? Auparavant, une équipe comprenant László Molnár, de l’Observatoire Konkoly de Budapest, et Meridith Joyce, de l’Université nationale australienne de Canberra, avait considéré la période de 417 jours comme critique, plaçant Bételgeuse dans sa phase initiale de combustion centrale de l’hélium. Cela signifie que l’étoile a environ un lakh d’années avant d’exploser.

Ils ont balayé le pouls de 2 190 jours comme mystérieux et d’origine inconnue. Cependant, l’équipe de Devesh Nandal a pris l’impulsion de 2 190 jours comme fondamentale et les trois autres comme harmoniques, et a conclu que Bételgeuse est au stade final de la combustion du carbone.

Dans un modèle développé par Nandal et al., une étoile géante rouge qui commence sa vie à 19 masses solaires perd une partie de sa matière à chaque pulsation. Au moment où il atteindra la fin de l’étape de combustion du carbone du noyau, il lui restera 11 masses solaires. Selon le modèle, l’étoile à ce moment-là aura élargi jusqu’à 1 300 fois le rayon du Soleil et brillera avec une luminosité spécifique.

Ces paramètres du modèle correspondent à ceux de Bételgeuse, et le modèle prédit également qu’une telle supergéante rouge aura une période de pulsation fondamentale d’environ 2 200 jours et trois harmoniques compatibles avec la pulsation observée.

“La pulsation elle-même n’a rien à voir avec la combustion du carbone du noyau”, a déclaré Nandal. « Cependant, les périodes de pulsation nous indiquent le rayon, la luminosité et la masse du pulsateur. Connaissant ces paramètres, nous pouvons conclure que Bételgeuse est très probablement à un stade avancé de la combustion centrale du carbone.”

Une mort contestée

Le travail de Nandal et al., téléchargé en tant que papier préimprimé le 1er juin, il a remué un nid de frelons. Les réseaux sociaux bourdonnaient d’informations sur la mort imminente de la star géante. Cependant, l’équipe rivale dirigée par le Dr Molnár et le Dr Joyce a répondu par une réfutation. Dans votre papierils ont écrit que le rayon supposé de Bételgeuse de 1 300 rayons solaires est trop élevé et que des études indiquent qu’il est de 600 à 1 000 rayons solaires.

La distance et la taille de Bételgeuse sont controversées parmi les astronomes. Les estimations de sa distance vont de 550 à 730 années-lumière; sa luminosité estimée est également comprise entre 90 000 et 150 000 (fois celle du Soleil).

Alors que l’équipe dirigée par M. Nandal estimait la distance de Bételgeuse à environ 730 années-lumière, le Dr Joyce et son équipe l’ont estimée à environ 550 années-lumière. “Les hypothèses de distance affectent la luminosité et donc les prédictions de Devesh Nandal et de son équipe”, a déclaré Kuntal Misra de l’Institut de recherche Aryabhatta des sciences observationnelles.

“Bételgeuse est connue depuis longtemps pour être un bon candidat pour une supernova à effondrement de cœur”, a déclaré Firoza Sutaria, professeur agrégé à l’Institut indien d’astrophysique de Bangalore. “Le document est intéressant, mais le résultat dépend assez du modèle, il est donc un peu exagéré de prédire une supernova” dans quelques dizaines d’années “.”

Tous deux sont des experts en supernova, mais n’étaient associés à aucun des deux articles.

“Il ne fait aucun doute que Bételgeuse est destinée à exploser en supernova”, a ajouté le Dr Sutaria. “La seule question est quand.”

TV Venkateswaran est scientifique à Vigyan Prasar. Les opinions exprimées ici sont personnelles.