Bételgeuse

Image optique détaillée de Bételgeuse

Bételgeuse (α Orionis) est la deuxième étoile la plus brillante de la constellation d’Orion, située à 643 ± 146 années-lumière.
C’est une supergéante rouge et l’une des plus grosses étoiles connues après Antares. Elle est environ 550 fois plus grosse que le Soleil et rayonne comme plus que 100 000 soleils réunis. Âgée de seulement quelques millions d’années, Bételgeuse approche déjà de la fin de sa vie.
Plus une étoile est massive plus la température en son centre est élevée. Ainsi certaines réactions de fusion thermonucléaire d'éléments lourds sont possibles, une énorme quantité d’énergie est nécessaire pour produire une pression capable de s’opposer à celle résultant de la propre gravité de l’étoile. Elle consomme une énorme quantité de matière en un temps très court, environ la masse du Soleil en seulement 10 000 ans. Elle explosera en supernova, d’ici à quelques milliers d’années. Les hommes de cette époque pourront la voir depuis la Terre, même en plein jour.
En utilisant le système d’optique adaptative du Very Large Telescope de l’ESO, au Chili, une équipe internationale menée par un astronome de l’Observatoire de Paris a obtenu des images les plus détaillées jamais réalisées de la supergéante Bételgeuse.
Complétées par d’autres observations réalisées au VLT par une équipe scientifique indépendante, ces clichés révèlent que l’astre présente un vaste panache de gaz, dont la taille avoisine celle de notre Système solaire, ainsi qu’une gigantesque bulle bouillonnante à sa surface.

L’équipe de scientifiques dirigée par Pierre Kervella, astronome au Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique (LESIA), apporte des éléments de réponse, sur la manière dont les supergéantes rouges perdent leur matière à la fin de leur existence.
Elle a pour cela utilisé l’instrument d’optique adaptative NACO. L’optique adaptative corrige la plus grande partie des perturbations dues à l’atmosphère. Mais pour approcher encore plus de la limite de résolution du télescope, l’équipe de chercheurs a employé la technique dite d’« imagerie sélective ».
Encore peu employée avec l’optique adaptative, cette technique consiste à sélectionner les meilleures images parmi des milliers de poses très courtes qui « figent » les perturbations atmosphériques résiduelles, puis à les combiner pour former une image beaucoup plus fine que celle qui résulterait d’une seule pose longue.
Les images provenant du télescope NACO atteignent ainsi pratiquement la limite théorique de précision d’un télescope de 8 mètres de diamètre. La résolution maximum obtenue est de 37 millisecondes d’angle, ce qui correspond à la taille apparente d’une balle de tennis sur la Station Spatiale Internationale (ISS), vue depuis le sol.
« Grâce à ces images étonnantes, nous avons observé un grand panache de gaz s’étendant depuis la surface de Bételgeuse vers l’espace extérieur », raconte Pierre Kervella.

Image : Bételgeuse (α Orionis) présente un vaste panache de gaz dont la taille égale quasiment celle de notre Système solaire ainsi qu’une gigantesque bulle bouillonnante à sa surface. Ce gros plan sur Bételgeuse a été obtenu avec le système d’optique adaptative NACO installé sur le Very Large Telescope de l’ESO. Les images atteignent presque la limite théorique de précision du VLT dont le diamètre est de 8 m. (ESO / P. Kervella / LESIA, Observatoire de Paris)

Les convections de Bételgeuse

Les supergéantes rouges sont les plus grandes étoiles de l'Univers. La supergéante rouge Bételgeuse située dans la constellation d'Orion, est l'observation privilégiée des interféromètres en raison de son diamètre, environ 550 fois celui du Soleil, de sa proximité, ≈ 643 années-lumière environ et de sa grande luminosité dans l'infrarouge.
Un groupe des chercheurs internationaux dirigé par Andrea Chiavassa (Max Planck Institute for Astrophysics, Groupe de Recherche Astronomie et Astrophysique du Languedoc) et des chercheurs de Montpellier et de Paris1 a montré comment caractériser la convection de Bételgeuse en comparant les simulations hydrodynamiques 3D avec les observations interférométriques du visible jusqu'à l'infrarouge. Les scientifiques cherchent à comprendre le mécanisme de la perte de masse des supergéantes rouges avant leur explosion en supernova qui va contribuer à l'enrichissement chimique de notre Galaxie. Elles ont une température de surface d'environ 4 000K, plus froide que celle du Soleil à 5 780K.
Leur composition chimique est incertaine car les énormes mouvements convectifs de la matière empêchent l'analyse des spectres.

Ces astronomes ont déterminé la présence, dans l'infrarouge, de structures convectives de taille moyenne (5 à 15 masses solaires), soit 5 à 25% du rayon stellaire et d'une grande cellule convective (30 masses solaires), soit 60% du rayon stellaire.
Ils ont découvert que les molécules d'H2O sont les principaux absorbeurs dans cette région du spectre.

Image : Sur cette image on peut voir les structures convectives de taille moyenne (5 à 15 masses solaires) soit 5 à 25% du rayon stellaire et d'une grande cellule convective (30 masses solaires), soit 60% du rayon stellaire. Carte d’intensité dans l’optique (environ 700 nm, bande moléculaire de TiO) issue d’une simulation hydrodynamique de Bételgeuse.

Taille des étoiles

C’est grâce à la loi de Stefan-Boltzmann, que les astronomes peuvent aisément calculer les rayons des étoiles (voir le nota ci-contre). En 1879, le physicien autrichien Josef Stefan, qui s'intéresse au rayonnement des corps chauds, découvre que l'énergie totale émise par un objet est proportionnelle à la puissance 4 de sa température absolue. Les plus grosses étoiles découvertes, sont kW sagitarii, V354 Cephei et KY Cygni, elles sont environ 1 500 fois plus grande que notre Soleil.
Notre Soleil a un diamètre de 1 392 000 kilomètres.
Antares la super géante rouge la plus proche de nous a un diamètre d'environ ≈700 fois celui du Soleil, soit près de 1 milliard de kilomètres.
Bételgeuse est une supergéante rouge, l'une des plus grandes étoiles connues. Si Bételgeuse était au centre de notre système solaire, son rayon ≈350 fois celui du Soleil s'étendrait entre l'orbite de Mars et celle de Jupiter.
Aldébaran est une géante rouge de magnitude 0,86 et de type spectral K5 III, ce qui signifie qu'elle est orangée et qu'elle a quitté la séquence principale après avoir utilisé tout son hydrogène. Elle brule essentiellement de l'hélium et a atteint un diamètre de 61 480 000 km, ≈45 fois celui du Soleil.

Rigel est une super géante bleue, ≈55 000 fois plus lumineuse que le Soleil. Avec un diamètre de près de 116 000 000 km, ≈84 fois celui du Soleil, Rigel s'étendrait jusqu'à l'orbite de Vénus dans notre système solaire.
Arcturus est 24,5 fois plus grosse que le soleil, sa magnitude est de -0,04 et sa distance au soleil est de ≈37 années-lumière.
Pollux est ≈8 fois plus grosse que le soleil, sa magnitude est de 1,09 et sa distance au soleil est de ≈33,7 années-lumière.

N. B. : Grâce à la loi de Stefan-Boltzmann (L=4πσR²T⁴), les astronomes peuvent calculer approximativement les rayons des étoiles.
L = luminosité (watt), σ (sigma) = constante de Stefan-Boltzmann, R = rayon de l'étoile (mètre) et T = température de l'étoile (kelvin).
R = racine carrée [(L) / ( 4π x (sigma) x (T⁴))]
L = 18900 fois la luminosité du Soleil soit 18900 x 3,827 x 10²⁶ = 1.4 x 10³¹ watts
R = √ [(1.4 x 10³¹)/(4 x 3.14 x (5.7 x 10^-8) x (3.400^4))]
Formule Excel :
=RACINE(1,45464*10^31/(4*PI()*5,67*10^-8*(3600^4)))

Image : Tailles comparées de certaines étoiles super géantes comme Antares, Bételgeuse, Rigel, Aldébaran et certaines naines blanches comme Arcturus, Pollux, Sirius ou le Soleil. © astronoo.com

Vidéo sur la taille des planètes et des étoiles

Notre Soleil est vraiment très petit, par rapport à certaines étoiles. Les planètes ne sont que des poussières par rapport aux Géantes bleues et rouges de notre univers. Sur cette vidéo YouTube, les tailles relatives des planètes et des étoiles, sont présentées de la plus petite à la plus grande.
La vidéo montre d'abord, notre Lune, les planètes de notre système solaire rangées par ordre de taille croissante, puis le Soleil. Ensuite vont défiler, les étoiles les plus grosses de notre galaxie. Leurs tailles approximatives, ont été calculées à partir de leurs luminosités, de leur températures, elles même déduites de leurs couleurs, et de leurs distances.

Vidéo : Tailles comparées de certaines étoiles géantes et supergéantes comme Antares, Bételgeuse, Rigel, Aldébaran, Pistol star, Antares A, Mu Cephei, l'hypergéante rouge VY Canis Majoris et certaines naines blanches comme Arcturus, Pollux, Sirius ou le Soleil.
Crédit & Copyright: morn1415 (YouTube)