Imaginez une seule étoile plus lumineuse qu'un million de soleils, éclatant toutes les quelques décennies dans une torche massive qui brille aussi brillamment qu'une supernova. Bientôt, l'étoile mettra fin à ses souffrances dans une explosion titanesque finale, mais avant cela, elle doit souffrir dans cet état pendant des milliers d'années.
Il s'agit d'une rare étoile variable bleue lumineuse, et elle peut détenir les clés pour comprendre le lien entre la vie des étoiles et leur mort.
Les étoiles bleues variables lumineuses (LBV) sont en effet incroyablement rares; les astronomes n'en ont identifié qu'une vingtaine (peut-être) et soupçonnent qu'il n'y en a que quelques centaines dans la Voie lactée, les sommets. Puisqu'ils sont si rares, ils sont mal compris. Et comme ils sont si mal compris, ils sont difficiles à caractériser.
Voici ce que nous savons:
- Ils sont grands. Vraiment gros. La plus petite course de l'ordre de dix fois la masse de notre soleil, tandis que la plus grande casse les écailles à potentiellement plus de cent fois la masse du soleil. Mais même les plus petits commencent beaucoup, beaucoup plus gros et n'ont plus atteint cette taille en raison des explosions extrêmes qui ont éjecté leur propre atmosphère dans l'espace.
- Ils sont brillants, avec des luminositésdépart à 250 000 fois celle du soleil, et jusqu'à trois millions de fois celle du soleil. Cela place leur température de surface entre 10 000 et 25 000 K; plusieurs fois plus chaud que notre propre star.
- Leur rareté est probablement due à leur courte durée de vie. Beaucoup des étoiles les plus massives - et peut-être tout des grands - passez par cette phase. Mais c'est vers la fin de leur vie, juste avant de commencer à monter dans le train supernova, et passera par cette étape LBV dans moins de cent mille ans. C’est assez court pour que dans une galaxie typique, nous ne nous attendions à en voir que quelques centaines à la fois.
- Ils sont impulsifs, turbulents et instables. L'une des premières étoiles LBV découvertes, Eta Carinae, fut la deuxième étoile la plus brillante du ciel… pendant trois jours en mars 1843. Elle n'est plus visible à l'œil nu.
Et voici ce que nous ne savons pas:
- Tout le reste.
Peut-être que le plus grand mystère des étoiles LBV est ce qui les rend si variables. Qu'est-ce qui motive leurs explosions rares mais fantastiques? Bien qu'il soit difficile à dire (évidemment, car comme vous pouvez l'imaginer, ces étoiles sont des systèmes physiques incroyablement compliqués), les chercheurs soupçonnent qu'il s'agit d'une danse complexe entre les couches intérieure et extérieure des étoiles.
Les stars de LBV connaissent certains des pires IBS que vous pourriez imaginer. Leurs boyaux roulent constamment de haut en bas, avec des courants convectifs massifs transportant des matières chaudes du cœur et des matières froides de la surface. C'est assez standard en ce qui concerne les étoiles normales, mais dans les étoiles LBV, ce processus devient fou, la convection poussant activement des morceaux des couches stellaires les plus externes bien au-delà de leurs limites normales.
Légèrement détachées de l'étoile du fait de la convection, les couches extérieures prennent enfin une pause de l'intensité et commencent à se refroidir. Cela augmente leur densité, bloquant la lumière des étoiles sous eux. Le rayonnement repousse ensuite - tout comme une voile de lumière mais bien plus sérieusement - ce morceau d'étoffe d'étoile, l'éjectant complètement de l'étoile dans une explosion massive de lumière et de matière.
Il y a beaucoup plus de détails qui doivent être élaborés dans cette histoire, et une question importante persiste: la scène LBV d'une étoile massive, avec toutes ses crises de colère, est-elle le précurseur d'une époque encore plus folle d'évolution stellaire connue comme la phase Wolf-Rayet, ou mène-t-elle directement au spectacle final de supernova?
Si nous avions quelques centaines de milliers d'années pour regarder ces étoiles vivre et mourir, cette question serait facile à répondre. Mais nous ne le faisons pas, donc c'est difficile.
Un indice vient de leurs relations avec leurs proches stellaires. Si l'histoire de la vie des étoiles les plus massives de notre univers est «une étoile géante? variable bleu lumineux? Wolf-Rayet? kaboom », et chaque étape est relativement courte, alors nous devrions voir ces étapes toutes mélangées dans le même voisinage général. Un groupe de grandes stars naîtrait ensemble, vieillirait ensemble et mourrait ensemble.
Mais si les stars de LBV sont leur propre chemin indépendant vers la ville en plein essor, il ne devrait pas y avoir de relation générale avec leurs cousins Wolf-Rayet. Ils seront dans leurs propres communautés de retraités de l'autre côté de la ville, pour ainsi dire.
Le meilleur endroit pour partir à la recherche de ces connexions potentielles est le Grand Nuage de Magellan, car il s'agit d'une touffe assez isolée dans une seule parcelle de ciel. La recherche a fait des allers-retours au cours des dernières années sur la question de la grosseur des étoiles LBV, alors que les astronomes peaufinent et déforment les définitions de «grosseur» et de «LBV».
La dernière itération, grâce à un article récemment accepté pour publication dans l'Astrophysical Journal, renforce l'image «standard» (aussi standard que possible dans ce genre de cas) des LBV: ce ne sont que l'une des nombreuses étapes vicieuses vers la fin de la vie d'une star massive. Ce qui signifie qu'en comprenant comment fonctionnent les LBV, nous pouvons apprendre comment les étoiles géantes finissent par mourir.
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