Les variations de taille et de luminosité de Chi Cygni. La taille de l'orbite de la Terre est représentée au centre. © Sylvestre Lacour, Observatoire de Paris

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En vidéo : pour voir la fin du Soleil, regardez sa cousine, Chi Cygni

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A quoi ressemblera le Soleil dans plus de 5 milliards d'années lorsqu'il sera entré dans sa phase de géante rouge ? On commence à en avoir une idée plus claire grâce aux observations dans l'infrarouge de l'étoile Chi Cygni, une cousine du Soleil, en plus âgée.

Contrairement aux étoiles dépassant les 8 masses solaires, notre Soleil ne finira pas sa vie en donnant d'abord une supernova pour laisser derrière lui un astre compact, étoile à neutrons ou trou noir. Non, son destin est de finir paisiblement son existence sous forme d'une naine blanche de quelques dizaines de milliers de kilomètres de diamètre. Ce qui restera du Soleil sera composé principalement de carbone et d'oxygène dans un état dit dégénéré décrit par les équations de la mécanique quantique, conjointement avec celles de la relativité restreinte. Se refroidissant lentement pendant une durée très longue, il finira même par cristalliser. On pense que ce destin attend plus de 95% des étoiles de la Voie lactée.

Mais avant d'atteindre cette étape, il fera fusionner ses atomes d'hélium en devenant une géante rouge qui gonflera bien au-delà de l'orbite de Vénus. Pendant cette phase, des instabilités se produiront, provoquant des pulsations. Le Soleil deviendra ainsi une étoile variable. Son rayon et sa température oscilleront et il se produira une éjection d'une partie des couches supérieures du Soleil. Ainsi, même si sa masse était de l'ordre de celle de Chandrasekhar, ces mécanismes d'instabilité assureraient qu'il ne puisse se transformer en trou noir.

Il est probable que le Soleil enflera suffisamment pour englober la Terre mais cela n'est pas certain. Quoiqu'il en soit, même si la Terre n'est pas avalée, ses océans et son atmosphère seront sans doute soufflés. Peut-être notre planète survivra-t-elle sous une forme ou une autre, comme semble le prouver le cas de V 391 Pegasi b.

On peut se faire une idée de l'aspect qu'aura notre Soleil et le système solaire en observant l'étoile Chi Cygni située à 550 années-lumière. C'est ce qui vient d'être fait grâce au Infrared Optical Telescope Array (Iota) de l'observatoire Whipple du Mount Hopkins en Arizona.

La tâche était difficile car, en fin de vie, les étoiles devenues des géantes rouges s'entourent d'un cocon de poussières et de molécules bloquant une partie du rayonnement visible. Cet écran n'est cependant pas un obstacle pour un télescope observant dans l'infrarouge avec une bonne résolution. C'est le cas de Iota.


Ce film combine en haut des images en infrarouge prises par Iota et en bas les données sur les variations de luminosité de Chi Cygni fournies par l'association américaine des observateurs d'étoiles variables. La taille de l'orbite terrestre est montrée en haut à droite. © Sylvestre Lacour, Observatoire de Paris

Les chercheurs ont même pu réaliser une animation montrant les variations de diamètre et de luminosité de l'étoile selon une période de 408 jours. Le diamètre de Chi Cygni oscille entre 480 millions et environ 770 millions de kilomètres. Les chercheurs ont même pu déduire des observations la présence d'irrégularités de surface similaires aux panaches de plasma et aux granules du Soleil mais à des échelles bien plus grandes, puisque le diamètre de notre Soleil n'est que de 1 million de kilomètres environ.

Ce sont les techniques d'interférométrie qui ont permis d'accomplir cette prouesse en combinant les observations de plusieurs télescopes. Pour Iota, ce n'est qu'un début, même si l'on obtient déjà une résolution 15 fois supérieure à celle de Hubble.

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