Bételgeuse : l’énigme de sa baisse de luminosité est enfin résolue

En septembre 2019, la supergéante rouge Bételgeuse, située à 548 années-lumière de la Terre, surprenait les astrophysiciens à cause d’une rapide et inexpliquée baisse de luminosité. Pendant les presque deux années qui ont suivi, les chercheurs ont étudié l’étoile dans le but de comprendre ces importantes variations de luminosité. Mais récemment, une équipe d’astrophysiciens a enfin résolu le mystère : Bételgeuse aurait été obscurcie par un nuage de poussière stellaire qu’elle aurait elle-même éjecté.

La mystérieuse baisse de luminosité de l’étoile a été causée par un nuage de poussière géant, éjecté de la supergéante rouge. L’atténuation de Bételgeuse a déconcerté les astronomes. L’étoile, généralement l’une des plus brillantes du ciel, a commencé à s’assombrir en septembre 2019. En février 2020, elle avait baissé de 35%, un comportement qui n’avait jamais été observé auparavant.

Les images de la surface de l’étoile prises lors de l’événement à l’aide du très grand télescope de l’Observatoire européen austral montrent clairement les changements de luminosité de Bételgeuse. Avec ces nouvelles données, disent les astronomes, une éjection de gaz se condensant en poussière en raison du refroidissement de la surface est vraiment la meilleure explication qui convient.

Animation montrant les variations de luminosité de Bételgeuse entre 2019 et 2020 :

C’est extrêmement intéressant, car cela pourrait nous aider à comprendre un processus qui a longtemps été un mystère : comment les étoiles massives éjectent leur matériau avant de devenir supernova et d’ensemencer l’Univers avec des éléments lourds. « Nous avons directement assisté à la formation de ce qu’on appelle la poussière d’étoiles », déclare l’astrophysicien Miguel Montargès de l’Observatoire de Paris. Lorsque les astronomes observaient la Grande Diminution, il y avait deux principales hypothèses quant à sa cause : le refroidissement de la surface stellaire ou un nuage de poussière éjecté par l’étoile alors qu’elle subit une perte de masse.

Une éjection de masse précédant le stade de supernova

Les géantes rouges comme Bételgeuse sont instables. C’est le stade de la vie crépusculaire pour les étoiles massives, entre environ 8 et 35 fois la masse du Soleil. Ces étoiles brûlent très chaudement et ont une durée de vie relativement courte. On pense que Bételgeuse n’a que 8 à 8.5 millions d’années, et son trajet sur la séquence principale a été effectué il y a environ 1 million d’années (le Soleil a environ 4.6 milliards d’années et n’est qu’à mi-chemin de sa vie).

Bételgeuse est devenue une supergéante rouge il y a environ 40 000 ans. À présent, l’étoile n’a plus d’hydrogène et fusionne l’hélium en carbone et en oxygène. Le noyau de l’étoile s’est également contracté, ce qui amène plus d’hydrogène dans la région immédiatement autour du noyau, formant une coquille d’hydrogène ; cette coquille d’hydrogène fusionne en hélium, qui est ensuite déversé dans le cœur pour alimenter la fusion de l’hélium.

Finalement, l’étoile atteindra un point où son noyau aura une chaleur et une pression insuffisantes pour continuer à fusionner des éléments, et elle deviendra une supernova, se transformant en étoile à neutrons ou en trou noir. Cela n’arrivera pas avant un certain temps, cependant. Mais, avant que des étoiles comme celles-ci ne deviennent des supernovas, elles éjectent de la masse dans l’espace environnant. Ce processus est encore mal compris.

« L’un des principaux mystères des étoiles supergéantes rouges est que nous ne savons pas comment leur perte de masse est déclenchée. Nous savons que cela se produit, mais nous ne comprenons pas le mécanisme qui permet à la matière de quitter la photosphère de l’étoile. Ici, nous avons peut-être assisté à un épisode de perte de masse plus intense de Bételgeuse, ou peut-être au mécanisme régulier. En effet, elle pourrait être en train de perdre sa masse tout le temps, mais seulement dans d’autres directions, sans provoquer d’obscurcissement », explique Montargès.

Un nuage de poussière stellaire en cause

Selon une analyse précédente réalisée à l’aide d’images du télescope spatial Hubble, un nuage de poussière semblait probable. Avec les images du VLT, Montargès et son équipe ont pu développer cela. Parce que Bételgeuse est si grande et si proche de la Terre (la mesure la plus récente la situe à 548 années-lumière, mettant la taille de l’étoile à 764 fois celle du Soleil), elle apparaît comme un disque à travers un télescope. Cela signifie que le VLT a pu montrer clairement que l’obscurcissement était localisé dans l’hémisphère sud de l’étoile.

À l’aide de la modélisation, Montargès et son équipe ont ensuite exploré les possibilités. Leurs résultats suggèrent que la baisse de luminosité était le résultat à la fois du refroidissement et de la poussière. Selon leurs découvertes, une bulle de gaz a été éjectée par Bételgeuse quelque temps avant la diminution de luminosité ; cela a été observé par Hubble.

« Avec Hubble, nous pouvions voir le matériau alors qu’il quittait la surface de l’étoile et se déplaçait dans l’atmosphère, avant que la poussière ne se forme et que l’étoile semble s’assombrir », indique l’astrophysicienne Andrea Dupree du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. Plus tard, lorsqu’une partie de la photosphère de l’étoile s’est refroidie au bon endroit, la baisse de température a été suffisante pour que certains des éléments vaporeux de la bulle, comme le silicium, se condensent et se solidifie en grains de poussière.

C’est ce nuage de poussière qui obscurcit la lumière de l’étoile. L’équipe espère que ces informations les aideront à trouver des signes de perte de masse similaire dans d’autres étoiles géantes rouges. En attendant, l’éclat de Bételgeuse n’a pas disparu. L’étoile a surpris tout le monde et les astronomes continueront de la surveiller pour déceler des signes d’un autre comportement étrange.

Animation montrant Bételgeuse obscurcie par le nuage de poussière stellaire :

Sources : Nature