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Un zoom vertigineux sur Bételgeuse

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A l'heure où les astronomes commencent à imager directement les exoplanètes, la surface et l'environnement proche des étoiles deviennent de plus en plus accessibles aux techniques d'optique adaptative et d'interférométrie. Bételgeuse en est un exemple parmi d'autres.

Gros plan sur Bételgeuse 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. Crédit : ESO / P. Kervella / Lesia, Observatoire de Paris

Nous sommes probablement en train de vivre un nouvel âge d'or de l'astronomie et de l'astrophysique et pas seulement parce que des télescopes en orbite comme Planck et Herschel entament leur mission et que Kepler se prépare à nous livrer une liste d'exoterres dans notre banlieue proche.

Les télescopes au sol, comme ceux du Very Large Telescope (VLT) de l'ESO, au Chili, lorsqu'ils sont équipés d'une optique adaptative et de dispositifs d'interférométrie, comme Amber, fournissent sur les objets astrophysiques des détails spectaculaires, qui auraient semblé sortir d'un ouvrage de science-fiction il y a seulement une génération.

Prenons par exemple le cas de l'étoile Bételgeuse. Cette supergéante rouge est mille fois plus grosse que le Soleil et elle est aussi cent mille fois plus lumineuse, ce qui fait d'elle tout à la fois l'une des étoiles les plus grandes connues et la deuxième la plus brillante de la constellation d'Orion. Elle intéresse beaucoup les astrophysiciens car elle est susceptible de nous donner des clés pour comprendre plus précisément comment de telles étoiles très massives terminent leur vie, au bout de seulement quelques millions d'années.

En effet, on sait depuis des dizaines d'années qu'il existe une relation entre la masse d'une étoile, sa luminosité et son temps de vie. Plus une étoile est massive plus la température en son centre est élevée. Il en résulte que certaines réactions de fusion thermonucléaire sont possibles, qui dégagent les énormes quantités d'énergie nécessaires pour produire une pression capable de s'opposer à celle résultant de la propre gravité de l'étoile.

Ce faisant, elle consomme son carburant thermonucléaire à un rythme si rapide que son temps de vie se compte en quelques millions d'années plutôt qu'en milliards d'années, comme c'est le cas pour le Soleil (pour lequel on en espère même une dizaine).


Cliquer pour agrandir. Trois images montrant l'étoile Bételgeuse de plus en près en partant de sa position dans la constellation d'Orion. Un montage vidéo a même été réalisé. Crédit : ESO, P. Kervella, Digitized Sky Survey 2, A. Fujii

Un panache de gaz de la taille de notre système solaire

Dans quelques milliers d'années, Bételgeuse explosera en supernova et comme elle n'est située qu'à 640 années-lumière environ, l'explosion produira sur Terre un spectacle impressionnant, visible en plein jour.

Or, avant d'exploser, de telles étoiles géantes perdent une grande quantité de masse en un temps très court, c'est-à-dire à un rythme d'environ la masse du Soleil en seulement 10.000 ans. Les astrophysiciens ne comprennent pas encore très bien comment et des informations supplémentaires issues de l'observation sont nécessaires.

Justement, un groupe international d'astronomes mené par Pierre Kervella, du Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (Lesia), à l'Observatoire de Paris, vient de réaliser une série d'observations à l'aide de l'instrument d'optique adaptative Naco équipant le VLT. Ce sont à ce jour les images les plus détaillées jamais réalisées de Bételgeuse. Elles montrent clairement un panache de gaz de la taille du système solaire qui s'échappe de la surface de l'étoile.

Cliquer pour agrandir. Sur cette image d'artiste, Bételgeuse présente un vaste panache de gaz, dont la taille est quasiment égale à celle de notre Système solaire, ainsi qu’une gigantesque bulle bouillonnante à sa surface. Crédit : ESO / L. Calçada-Observatoire de Paris

Pour obtenir ce résultat, les chercheurs ont employé une nouvelle technique dite d'imagerie sélective. Dans la technique d’optique adaptative, le miroir principal du télescope est formé d'une multitude de petits miroirs mobiles montés sur vérins, pilotés en permanence par un ordinateur. Cette déformation continue de la surface globale permet de corriger les effets de la turbulence atmosphérique.

De plus, dans le cas présent, au lieu d'une pose longue, les astronomes sélectionnent une série d'images obtenues lors de pauses courtes et les combinent ensuite. Il devient alors possible de réduire encore plus les effets de la turbulence et l'on atteint presque la limite théorique de résolution d'un télescope de 8 mètres. En l'occurrence, elle correspond à la performance qui consisterait à observer depuis le sol des détails de la taille d'une balle de tennis sur la Station Spatiale Internationale (ISS).

En joignant leurs observations avec celles d'un autre groupe de chercheurs utilisant le dispositif Amber et menées par Keiichi Ohnaka, de l'Institut Max Planck pour la Radioastronomie-MPIfR (Bonn), les astronomes ont pu réaliser cette superbe image de Bételgeuse. Ce double travail fait l'objet de deux publications sur Arxive.

Il y a d'abord, on l'a dit, l'éjection asymétrique par l'étoile d'un panache de gaz et de plasma sur une distance égale à celle qui sépare le Soleil de Neptune. La seconde équipe a montré que d'impressionnants mouvements de convection, similaires à ceux que l'on peut observer dans une casserole d'eau chauffée, agite la surface de Bételgeuse. En particulier les astronomes ont détecté à sa surface une énorme bulle de gaz et c'est d'elle que semble émaner le panache.

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