vendredi 5 mars 2021

Les éruptions massives répétées de l'étoile hypergéante VY CMa


VY Canis Majoris n'est pas une étoile géante, ni une supergéante, c'est une étoile hypergéante, l'une des étoiles les plus grandes que nous connaissons actuellement. A l'image de ce qui est arrivé à Bételgeuse l'année dernière, VY Canis Majoris a elle aussi connu des épisodes de brusque perte de luminosité suivis d'un retour à la normale, et on a finalement également compris leur origine. Une étude parue dans The Astronomical Journal.  

On se souvient que la perte de luminosité de Bételgeuse avait duré plusieurs mois, menant à de nombreux commentaires un peu partout évoquant son explosion proche et autres spéculations sensationnalistes et sans fondement. L'explication avait pourtant été trouvée assez rapidement, notamment suite à l'analyse spectrale et de l'obtention d'images du disque de l'étoile supergéante rouge montrant une partie de sa surface obscurcie par ce qui ne pouvait être qu'un gros nuage de poussière absorbant une partie non négligeable du rayonnement de l'étoile.  
Mais il n'y a pas que les supergéantes rouges qui peuvent connaître de brusques pertes de luminosités, il y a aussi les étoiles hypergéantes comme VY Canis Majoris (VY CMa). VY Canis Majoris est une étoile très massive comme Bételgeuse (17 masses solaires) mais encore plus grande qu'elle en taille, presque deux fois plus grande, avec un rayon d'environ 1500 fois celui du Soleil (alors que celui de Bételgeuse n'est "que" 880 fois plus grand). Et l'étoile hypergéante du Grand Chien est située environ 50 fois plus loin que la supergéante d'Orion. VY Canis Majoris avait détenu pendant un moment le record de l'étoile la plus grande connue avant d'être détrônée par UY Scuti (1700 fois le rayon solaire) et Stephenson-2-18 (2100 rayons solaires). Mais l'avantage pour l'étudier c'est qu'elle se trouve beaucoup plus proche de nous (à 4900 années-lumière) que les deux qui trônent sur les deux premières marches du podium. Il faut s'imaginer que si VY CMa était à la place du Soleil, elle s'étendrait jusqu'au delà de l'orbite de Jupiter... (son rayon fait 7 unités astronomiques) C'est une étoile réellement monstrueuse, qui est de plus enfouie dans un vaste cocon de gaz complexe. 

Mais VY Canis Majoris est surtout connue pour subir une évolution de luminosité plus violente que celle de Bételgeuse, avec des épisodes plus intenses et qui durent beaucoup plus longtemps que ce que nous avons observé avec Bételgeuse l'année dernière. La luminosité de VY Canis Majoris peut décroitre fortement pendant plusieurs années avant de recouvrer sa valeur nominale. 
Roberta M. Humphreys (Université du Minnesota) et son équipe ont observé VY Canis Majoris avec le télescope spatial Hubble pour mieux comprendre les processus qui sont à l'origine de grande variabilité de VY CMa.
Ce qu'observent les astronomes aux alentours de l'hypergéante, c'est une quantité importante des blobs de gaz et de poussière ainsi que des structures en forme d'arcs dont ils ont pu mesurer la vitesse (en valeur et direction). Cela montre selon les chercheurs que VY CMa a connu une série d'épisodes de type éruptions géantes. Ces éruptions seraient très récentes, remontant à 70, 120, 200 et 250 ans seulement. Et le globule de gaz le plus proche de l'étoile, et donc produit par l'éruption la plus récente, remonterait à 1990. Les mesures de vitesse obtenues grâce aux analyse spectrales des données de Hubble, associées à leur distance de l'étoile, permettent de leur donner un âge très précis. Ce qui est remarquable, c'est que l'on avait archivé la luminosité de VY CMa depuis le début du 19ème siècle, et on peut donc comparer aujourd'hui l'âge des éruptions déterminées avec les blobs de gaz et de poussière observés et les baisses de luminosité historiques de l'hypergéante. 
Il faut savoir qu'actuellement, toute hypergéante qu'elle est, VY Canis Majoris n'est pas visible à l'oeil nu. Elle l'a pourtant été avant 1880 mais elle se trouve justement dans une phase très assombrie depuis. Les astronomes montrent que les phases de pertes de luminosité de VY CMa sont pour plusieurs d'entre elles corrélées avec les périodes de grosse éruptions qui expulsent dans le voisinage de l'étoile de très grosses quantités de matière à même de bloquer sa lumière pour un observateur lointain. C'est donc le même phénomène qui a produit la baisse de luminosité de Bételgeuse mais à une toute autre échelle. VY CMa peut éjecter 100 fois plus de masse que Bételgeuse (alors que les deux étoiles ont une masse similaire). La faible luminosité depuis 1880 serait simplement due à un nuage de poussière particulièrement absorbant qui se trouverait dans notre ligne de visée depuis cette époque.
Les chercheurs montrent que certains globules de matière qui entourent l'étoile hypergéante ont une masse deux fois plus grande que la masse d'une grosse planète comme Jupiter! D'après Humphreys et ses collaborateurs, l'origine de ces épisodes de forte perte de masse est liée par l'activité à la surface de l'étoile où se développent des énormes cellules de convection, comme sur le Soleil, sauf que sur VY CMa, une seule cellule de convection fait la taille du Soleil lui-même ! 
Il est possible que VY CMa se trouve dans un état d'évolution un peu unique parmi les supergéantes rouges que nous connaissons, une phase qui pourrait ne durer que quelques milliers d'années, donc très courte dans la vie des étoiles. Rappelons que VY CMa, avec ses 8,2 millions d'années, est une étoile déjà un peu vieille (compte tenu de sa masse). Elle a commencé sa vie comme une supergéante bleue de sans doute 35 à 40 masses solaires puis après quelques millions d'années après avoir consommé tout l'hydrogène disponible dans son coeur, elle s'est muée en hypergéante rouge, en gonflant démesurément et en expulsant une grande partie de son enveloppe.

Les chercheurs ne notent pas de régularité dans ces éjections de masse, pas de signe de pulsation. Mais ils remarquent en conclusion que si une pulsation non-radiale est théoriquement possible, il est quasi impossible de faire la distinction avec l'existence de grandes régions actives en surface, car l'étoile est trop grande... A terme, il est possible que VY CMa n'explose pas en supernova mais qu'elle s'effondre directement en trou noir étant donné sa masse importante. Avec un chouette sursaut gamma de longue durée à la clé, à 4900 années-lumière... 


Source

The Mass-loss History of the Red Hypergiant VY CMa
Roberta M. Humphreys et al.
The Astronomical Journal (4 february 2021)


Illustration

VY CMa imagée par Hubble à gauche et au centre et vue d'artiste de l'étoile hypergéante à droite (NASA, ESA, and R. Humphreys (University of Minnesota), and J. Olmsted (STScI))

Aucun commentaire :