BÉTELGEUSE: CARACTÉRISTIQUES, FORMATION, STRUCTURE ET COMPOSITION - ARTE - 2025

Bételgeuse est l'étoile alpha de la constellation d'Orion, c'est pourquoi elle est aussi appelée alpha Orionis. C'est une étoile de type supergéante rouge, les étoiles les plus volumineuses, mais pas forcément les plus massives.

En dépit d'être l'étoile alpha d'Orion, Bételgeuse à première vue n'est pas la plus brillante de la constellation, puisque Rigel -beta Orionis- est celui qui se démarque le plus. Cependant, dans le spectre infrarouge et proche du rouge, Bételgeuse est la plus brillante, ce qui est directement lié à sa température de surface.

Figure 1. Constellation d'Orion et quatre de ses étoiles principales, dont Bételgeuse. Source: Pixabay.

Cette étoile a sûrement été observée depuis l'Antiquité par les premiers humains, en raison de sa grande luminosité. Par ordre de luminosité, il est généralement le dixième le plus brillant du ciel nocturne et, comme nous l'avons dit, le deuxième en luminosité de la constellation d'Orion.

Les astronomes chinois du 1er siècle ont décrit Bételgeuse comme une étoile jaune. Mais d'autres observateurs comme Ptolémée l'ont qualifié d'orange ou de rougeâtre. Bien plus tard, au XIXe siècle, John Herschel a observé que sa luminosité était variable.

Ce qui se passe, c'est que toutes les étoiles évoluent, c'est pourquoi leur couleur change avec le temps, car elle expulse le gaz et la poussière des couches les plus superficielles. Cela modifie également sa luminosité.

Caractéristiques générales

Bételgeuse est l'exemple caractéristique d'une étoile super géante rouge, qui se caractérise par un type spectral K ou M et une luminosité de type I.

Ce sont des étoiles à basse température; Dans le cas de Bételgeuse, on calcule qu'elle est d'environ 3000 K. La température et la couleur sont liées, par exemple un morceau de fer chaud est rouge, mais si la température augmente, il devient blanc.

Bien qu'elle n'ait que 8 millions d'années, Bételgeuse a rapidement évolué hors de la séquence principale, car son combustible nucléaire s'est épuisé et a atteint ses dimensions actuelles.

Ces étoiles géantes ont également une luminosité variable. Ces dernières années, sa luminosité a diminué, ce qui a inquiété la communauté scientifique, même si elle s'est récemment rétablie.

Voici ses principales caractéristiques:

- Distance: Entre 500 et 780 années-lumière.

- Masse: entre 17 et 25 masses solaires.

- Rayon: entre 890 et 960 rayons solaires.

- Luminosité: entre 90 000 et 150 000 luminosité solaire.

- État d'évolution: supergéante rouge.

- Magnitude apparente: +0,5 (visible) -3,0 (bande J infrarouge) -4,05 (bande K infrarouge).

- Âge: entre 8 et 10 millions d'années.

- Vitesse radiale: +21,0 km / s

Bételgeuse appartient à la classe spectrale M, ce qui signifie que la température de sa photosphère est relativement basse. Il est classé comme type M1-2 Ia-ab.

Dans le diagramme de Yerkes de la classification spectrale, le suffixe Ia-ab signifie qu'il s'agit d'une supergéante de luminosité intermédiaire. Le spectre lumineux de Bételgeuse sert de référence pour la classification des autres étoiles.

Le diamètre de Bételgeuse est estimé entre 860 et 910 millions de kilomètres et c'est la première étoile dont le diamètre a été mesuré par interférométrie. Ce diamètre est comparable à celui de l'orbite de Jupiter, mais ce n'est pas la plus grande des supergéantes rouges.

Malgré sa grande taille, il n'est que 10 à 20 fois plus massif que notre Soleil, mais sa masse est suffisamment grande pour que son évolution stellaire soit rapide, puisque la durée de vie d'une étoile est l'inverse de celle carré de sa masse.

Formation et évolution

Bételgeuse, comme toutes les étoiles, a commencé comme un énorme nuage d'hydrogène gazeux, d'hélium et de poussière cosmique avec d'autres éléments chimiques, qui s'est condensé autour d'un point central et a augmenté sa densité de masse.

Il est prouvé que c'est le cas dans la formation d'amas d'étoiles, généralement situés dans des nébuleuses composées de matière interstellaire froide et clairsemée.

Figure 2. Nébuleuse IC396 avec de nombreuses étoiles en formation. L'image a été prise en infrarouge, car le spectre visible est absorbé par la nébuleuse. Source: NASA / Spitzer.

La formation d'une étoile, sa vie et sa mort, est un combat éternel entre:

• L'attraction gravitationnelle, qui a tendance à condenser toute la matière en un point et
• L'énergie cinétique individuelle de chaque particule, qui, ensemble, exerce la pression nécessaire pour s'échapper et se dilater du point d'attraction.

Alors que le nuage d'origine se rétrécit vers le centre, une protoétoile se forme qui commence à émettre des radiations.

L'attraction gravitationnelle amène les noyaux atomiques à acquérir de l'énergie cinétique, mais lorsqu'ils sont arrêtés dans le centre le plus dense de la protoétoile, ils émettent un rayonnement électromagnétique et commencent ainsi à briller.

Lorsque le point est atteint où les noyaux d'hydrogène sont si serrés et acquièrent suffisamment d'énergie cinétique pour surmonter la répulsion électrostatique, la forte force d'attraction commence à agir. Ensuite, la fusion des noyaux se produit.

Dans la fusion nucléaire des noyaux d'hydrogène, des noyaux d'hélium et de neutrons se forment, avec d'énormes quantités d'énergie cinétique et de rayonnement électromagnétique. Cela est dû à la perte de masse dans la réaction nucléaire.

C'est le mécanisme qui contrecarre la compression gravitationnelle d'une étoile, par la pression cinétique et la pression de rayonnement. Tant que l'étoile est dans cet équilibre, on dit qu'elle est dans la séquence principale.

La scène géante rouge

Le processus décrit ci-dessus ne dure pas éternellement, du moins pour les étoiles très massives, car à mesure que l'hydrogène est converti en hélium, le carburant s'épuise.

De cette façon, la pression qui contrecarre l'effondrement gravitationnel diminue et donc le noyau de l'étoile est compacté, en même temps que la couche externe se dilate et qu'une partie des particules, les plus énergétiques, s'échappe dans l'espace, formant un nuage de poussière entourant l'étoile.

Lorsque cela se produit, l'état de géante rouge est atteint et c'est le cas de Bételgeuse.

Figure 3. Bételgeuse, une supergéante rouge de la taille de 800 soleils pour 130 parsecs dans la constellation d'Orion, montre son disque stellaire. (Source: HST).

Dans l'évolution stellaire, la masse de l'étoile définit le temps de la vie et de la mort.

Un supergéant comme Bételgeuse a une courte durée de vie, passant très rapidement par la séquence principale, tandis que les naines rouges moins massives brillent modestement pendant des millions d'années.

On estime que Bételgeuse a 10 millions d'années et est considérée comme étant dans les derniers stades de son cycle évolutif. On pense que dans 100 000 ans environ, son cycle de vie se terminera par une grande explosion de supernova.

Structure et composition

Bételgeuse a un noyau dense entouré d'un manteau et d'une atmosphère, qui fait 4,5 fois le diamètre de l'orbite terrestre. Mais en 2011, on a découvert que l'étoile est entourée d'une vaste nébuleuse de matière provenant d'elle-même.

La nébuleuse qui entoure Bételgeuse s'étend à 60 milliards de kilomètres de la surface de l'étoile, soit 400 fois le rayon orbital de la Terre.

Dans leurs phases finales, les géantes rouges expulsent du matériel dans l'espace environnant, une quantité énorme en un temps relativement court. On estime que Bételgeuse a perdu l'équivalent de la masse solaire en seulement 10 000 ans. C'est juste un instant dans le temps stellaire.

Ci-dessous, une image de l'étoile et de sa nébuleuse, obtenue avec le télescope VLT situé au Cerro Paranal, Antofagasta, Chili par l'ESO (Organisation européenne pour la recherche astronomique dans l'hémisphère sud).

Sur la figure, le cercle rouge central est proprement l'étoile Bételgeuse, avec un diamètre de quatre fois et demi l'orbite terrestre. Ensuite, le disque noir correspond à une zone très lumineuse qui a été masquée pour nous permettre de voir la nébuleuse qui entoure l'étoile, qui, comme on l'a dit, s'étend jusqu'à 400 fois le rayon orbital de la Terre.

Cette image a été prise dans le domaine infrarouge et colorée pour que les différentes régions puissent être visibles. Le bleu correspond aux longueurs d'onde les plus courtes et le rouge aux plus longues.

Figure 4. Le petit cercle rouge au centre est l'étoile Bételgeuse, le cercle noir est le masquage d'une zone extrêmement lumineuse. Autour du cercle noir, vous pouvez voir la nébuleuse composée du matériau éjecté par l'étoile. (Paquet source: ESO-VLT)

Les éléments présents à Bételgeuse

Comme toutes les étoiles, Bételgeuse est composée principalement d'hydrogène et d'hélium. Cependant, comme il s'agit d'une étoile dans ses phases finales, à l'intérieur, elle commence à synthétiser d'autres éléments plus lourds du tableau périodique.

Les observations de la nébuleuse entourant Bételgeuse, constituée de matière projetée par l'étoile, indiquent la présence de poussières de silice et d'alumine. Ce matériau est ce qui compose la plupart des planètes rocheuses, comme la Terre.

Cela nous indique que des millions d'étoiles similaires à Bételgeuse ont existé dans le passé, fournissant le matériau qui composait les planètes rocheuses de notre système solaire, y compris la Terre.

Atténuation bételgeuse

Ces derniers temps, Bételgeuse fait l'actualité dans la presse internationale, puisqu'au début d'octobre 2019 sa lumière a commencé à diminuer sensiblement, en quelques mois à peine.

Par exemple, pour janvier 2020, sa luminosité a diminué d'un facteur 2,5. Cependant, le 22 février 2020, il a cessé de s'assombrir et a commencé à retrouver sa luminosité.

Cela fait référence au spectre visible, mais dans le spectre infrarouge, sa luminosité est restée assez stable au cours des 50 dernières années, ce qui conduit les astronomes à penser qu'il ne s'agit pas d'une variation de lumière telle que celle qui se produit dans les étapes menant à une explosion de supernova.

Au contraire, il s'agit de l'absorption et de la dispersion de la bande visible du spectre électromagnétique, due au nuage de poussière que l'étoile elle-même a expulsée.

Ce nuage de poussière est transparent à l'infrarouge, mais pas au spectre visible. Apparemment, le nuage de poussière épaisse entourant l'étoile s'en éloigne rapidement, donc l'épaule d'Orion, le chasseur mythologique, restera sûrement dans le ciel beaucoup plus longtemps.

Références

1. Astronoo. Bételgeuse. Récupéré de: astronoo.com.
2. Pasachoff, J. 2007. Le cosmos: l'astronomie au nouveau millénaire. Troisième édition. Thomson-Brooks / Cole.
3. Seeds, M. 2011. Fondations de l'astronomie. Septième édition. Apprentissage Cengage.
4. Fenêtre ouverte. Relation masse-luminosité. Récupéré de: media4.obspm.fr
5. Wikipédia. Bételgeuse. Récupéré de: es.wikipedia.com
6. Wikipédia. Association stellaire Orion OB1. Récupéré de: es.wikipedia.com