VY CANIS MAJORIS: DÉCOUVERTE, CARACTÉRISTIQUES, STRUCTURE, FORMATION ET ÉVOLUTION - ARTE - 2025

VY Canis Majoris est une étoile de la constellation Canis Majoris ou Can Mayor, où se trouve également Sirius. VY Canis Majoris est à environ 4900 années-lumière de la Terre et est visible avec des jumelles et des télescopes, montrant une couleur rouge distinctive.

Les premières observations de VY Canis Majoris (VY CMa) datent du début du XIXe siècle. Ils sont dus à l'astronome français Joseph DeLalande en 1801, qui l'a classée comme une étoile de magnitude 7.

Figure 1. VY Canis Majoris dans la constellation d'Orion, est une étoile avec un rayon des milliers de fois plus grand que celui du Soleil, elle est entourée d'une nébuleuse constituée de matière que l'étoile elle-même jette continuellement. Source: Wikimedia Commons. Judy Schmidt.

Grâce aux améliorations apportées à la conception du télescope, les astronomes du début du XXe siècle ont rapidement réalisé à quel point le VY CMa était unique, grâce à sa luminosité variable et enveloppé dans une nébuleuse complexe, pleine d'amas et de condensations.

Pour cette raison, pendant un certain temps, on a pensé qu'il s'agissait plutôt d'un système stellaire. Cette idée est actuellement hors de question, bien que certains astronomes affirment qu'il y a au moins un compagnon.

Les observations indiquent que VY CMa est extrêmement lumineux et de taille exceptionnelle, des milliers de fois plus grand que le Soleil. À tel point que, s'il prenait sa place, l'étoile s'étendrait jusqu'à l'orbite de Saturne.

VY CMa est définitivement dans une phase très instable, qui précède la fin de sa vie, car l'étoile perd rapidement ses couches externes et les jette dans l'espace, où elles s'étalent comme une nébuleuse autour d'elle.

C'est pourquoi les astronomes n'excluent pas la possibilité que VY CMa subisse une épidémie de supernova dans un court laps de temps.

caractéristiques

Les astronomes sont très intéressés par l'étude d'une étoile aussi unique que VY CMa, car ses informations sont décisives dans l'étude de l'évolution stellaire.

VY CMa se caractérise par être parmi les étoiles avec le plus grand rayon et est également l'une des plus lumineuses. Elle fait également partie des étoiles supergéantes rouges les plus massives, des étoiles qui ont déjà parcouru un long chemin dans leur vie stellaire.

VY CMa est également fascinant car ses jours devraient se terminer soudainement, par une grande explosion de supernova. Examinons certains des détails les plus intéressants:

Emplacement

VY CMa est visible depuis la Terre dans la constellation Canis Major, proche de Sirius et de la constellation d'Orion. Il est entre 3 900 et 4 900 années-lumière de la Terre.

Il n'est pas facile d'établir précisément la distance, d'une part parce que l'étoile n'est pas proche et d'autre part parce qu'elle crache continuellement de la matière. Par conséquent, il est enveloppé dans une nébuleuse (voir figure 1) qui rend difficile la vision de l'atmosphère de l'étoile et rend difficile de faire des estimations précises.

Figure 2. La constellation Can Major et VY CMa cerclées de rouge, près de NGC 2362, un amas ouvert rempli de jeunes étoiles et d'étoiles en formation. Source: Wikimedia Commons. Canis_major_constellation_map.png: Torsten Bronger.travail dérivé: Kxx.

Variabilité

En 1931, c'était déjà un fait que VY CMa subissait des variations notables de sa luminosité, de sorte qu'il était décrit comme une étoile variable à longue période.

Bien qu'il soit très lumineux, sa magnitude absolue se situe entre -9,5 et -11,5. Comparez Sirius, qui a une magnitude de -1,6, et le Soleil, l'objet le plus brillant vu de la Terre, à -26,7.

Pour identifier les étoiles variables, les astronomes leur attribuent un nom composé d'une ou d'une paire de lettres majuscules, suivi du nom de la constellation dans laquelle elles se trouvent.

La première variable découverte reçoit la lettre R, la suivante le S, et ainsi de suite. Lorsque les lettres sont terminées, une séquence commence par RR, RS et ainsi de suite, de sorte que VY CMa est le numéro 43 parmi les étoiles variables de Can Major.

Et pourquoi VY CMa ou d'autres étoiles subissent-elles des changements de luminosité? Cela peut être dû au fait que l'étoile change de luminosité, en raison de contractions et d'expansions. Une autre raison peut être la présence d'un autre objet qui l'éclipse temporairement.

Radio

Certains astronomes estiment le rayon de VY CMa jusqu'à 3 000 fois le rayon du Soleil. D'autres estimations plus prudentes indiquent une taille de 600 rayons solaires, bien que les mesures les plus récentes le placent à 1 420 rayons solaires.

Le fait que VY CMa soit enveloppé dans une nébuleuse de matière éjectée par la même étoile est responsable du rayon variable de l'étoile. Un chiffre qui jusqu'à présent est encore en discussion.

Pendant un certain temps, VY CMa fut la plus grande étoile connue. Il est aujourd'hui dépassé par UY Scuti (1708 rayons solaires) dans la constellation du Bouclier et par Westerlund 1-26 (2544 rayons solaires selon les uns, 1500 selon les autres) dans la constellation de l'Ara.

Masse

Pas nécessairement parce que c'est une grande étoile, c'est l'étoile la plus massive de toutes. À partir de la température et de la magnitude (bolométrique), on estime que la masse actuelle de VY CMa est de 17 ± 8 masses solaires (la masse du Soleil est de 1,989 × 10 ^ 30 kg).

VY CMa perd de la masse au rythme de 6 × 10 ^ −4 masses solaires chaque année, sans compter les éjections de masse violentes qui se produisent fréquemment. De cette manière, la nébuleuse qui entoure l'étoile est formée.

Température et luminosité

La température du VY Canis Majoris est estimée à 4000 K et une luminosité comprise entre 200 000 et 560 000 fois celle du Soleil. La luminosité est équivalente à la puissance (énergie par unité de temps) émise par l'étoile dans l'espace.

La luminosité du Soleil est utilisée comme référence et unité pour mesurer la puissance des objets astronomiques. Une (1) luminosité solaire équivaut à 3828 × 10 ^ 26 watts.

La température et la luminosité du VY Canis Majoris le placent dans la région supergéante du diagramme de classification stellaire HR.

Figure 3. Diagramme HR des étoiles. Les supergiants rouges et les hypergiants comme VY Canis Majoris sont en haut à droite. Source: Wikimedia Commons.

Le diagramme HR ou Hertzsprung-Russell est un graphique de la luminosité des étoiles en fonction de leur température. La position d'une étoile dans ce diagramme indique son état évolutif et dépend de sa masse initiale.

Les étoiles qui consomment de l'hydrogène pour former de l'hélium dans leur noyau sont celles qui sont dans la séquence principale (séquence principale), la diagonale du diagramme. Notre Soleil est là, tandis que Proxima Centauri est en bas à droite, car il est plus froid et plus petit.

Au lieu de cela, Betelgeuse, Antares et VY CMa ont quitté la séquence principale, car ils sont déjà à court d'hydrogène. Ils ont ensuite migré vers la ligne évolutive des étoiles supergéantes et hypergiennes rouges, en haut à droite du diagramme.

Au fil du temps (astronomiques, bien sûr), les étoiles comme le Soleil deviennent des naines blanches, se déplaçant le long du diagramme HR. Et les supergéantes rouges terminent leurs jours en supernovae.

Structure

Les étoiles sont essentiellement d'énormes sphères de gaz composées pour la plupart d'hydrogène et d'hélium, accompagnées de traces des autres éléments connus.

La structure des étoiles est plus ou moins la même pour tous: un noyau où ont lieu des réactions de fusion, une couche intermédiaire appelée manteau ou enveloppe, et la couche externe ou atmosphère stellaire. Au fil du temps, l'épaisseur et les caractéristiques de ces couches changent.

Il y a deux forces qui maintiennent l'étoile cohésive: d'une part, l'attraction gravitationnelle qui tend à la comprimer, et d'autre part, la pression générée par le noyau par des réactions de fusion, qui l'élargit.

Figure 4. Une étoile est en équilibre hydrostatique lorsque la gravité qui tend à la comprimer est équilibrée par la pression de fusion qui la dilate. Source: F. Zapata.

Lorsqu'un déséquilibre se produit, comme l'épuisement de l'hydrogène, la gravité prévaut et le noyau de l'étoile commence à s'effondrer, générant de grandes quantités de chaleur.

Cette chaleur est transmise aux couches adjacentes et donne lieu à de nouvelles réactions de fusion qui rétablissent temporairement l'équilibre de l'étoile. Mais dans le processus, les couches les plus externes se dilatent violemment et l'étoile gonfle, se transformant en une géante rouge.

Et si la masse initiale de l'étoile était supérieure à 8 masses solaires, elle devient alors une supergéante ou une hypergéante, comme VY Canis Majoris.

Les étoiles hypergéantes sont rares dans l'univers, sauf si nous en avons connaissance. Il y a du bleu, du blanc, du jaune, du rouge… La différence de couleur est due à la température, les bleus sont plus chauds et les rouges sont plus froids.

Au fur et à mesure que les étoiles approchent de la fin de leur évolution, elles acquièrent une structure en couches d'oignon, car en brûlant des éléments plus lourds, une couche externe de l'élément le moins dense brûlé avant reste, comme le montre la figure.

C'est pourquoi dans VY Canis Majoris des composés chimiques de nature la plus diverse ont été détectés.

Figure 5. Structure en couches "oignon" d'une étoile dans sa phase finale d'évolution. Source: Observatoire européen austral.

Formation et évolution

Comme toutes les étoiles, VY Canis Majoris a dû se former grâce à la gravité en prenant soin de compacter le gaz et la poussière cosmique en un énorme nuage.

En l'occurrence, la température augmente jusqu'à ce que le réacteur nucléaire de l'étoile démarre. Ensuite, l'équilibre hydrostatique se produit entre les forces mentionnées ci-dessus: la gravité de compactage et la pression du noyau veulent dilater l'étoile.

A ce point et toujours en fonction de sa masse, l'étoile se situe dans la séquence principale. Pour VY Canis Majoris, cela aurait dû être à gauche du diagramme, dans la région des étoiles géantes bleues, mais une fois l'hydrogène épuisé, il est passé à la lignée évolutive des hypergantes.

Ces étoiles massives finissent souvent leurs jours par une explosion de supernova, comme nous l'avons dit. Mais ils peuvent également subir des pertes de masse et devenir une géante bleue, au moins pour une courte période, terminant leurs jours comme une étoile à neutrons ou un trou noir.

Comparaison avec le soleil

L'image suivante montre une comparaison entre les tailles de VY Canis Majoris et du Soleil. Non seulement elles diffèrent par la taille, la masse et la température, mais les lignes d'évolution des deux sont très différentes.

Figure 6. Taille comparative entre le Soleil, y compris l'orbite terrestre (dans le rectangle) et VY Canis Majoris. Source: Wikimedia Commons.

Le Soleil finira par sortir de la séquence principale et deviendra une géante rouge, s'étendant au-delà de la Terre. Mais il y a encore un long chemin à parcourir, puisque le Soleil a à peine la moitié de sa vie d'étoile stable. Il existe depuis environ 4,603 milliards d'années.

Il en reste encore autant, mais de par sa masse, le Soleil finira ses jours en nain blanc, tandis que VY Canis Majoris le fera peut-être de manière beaucoup plus spectaculaire.

Références

1. Association américaine des observateurs d'étoiles variables. VY Canis Majoris. Récupéré de: aavso.org.
2. Carroll, B. Une introduction à l'astrophysique moderne. 2ème. Édition. Pearson.
3. Martínez, D. L'évolution stellaire. Vaeliada. Récupéré de: Google Books.
4. Paolantonio, S. L'étoile variable remarquable VY Canis Majoris. Récupéré de: historiadelaastronomia.files.wordpress.com.
5. Rebusco, P. Fusion dans l'univers: d'où viennent vos bijoux. Récupéré de: scienceinschool.org.
6. Wikipédia. Supergéante rouge. Récupéré de: es.wikipedia.org.
7. Wikipédia. VY Canis Majoris. Récupéré de: en.wikipedia.org.