Les observations s’accumulent mais le mystère de Bételgeuse reste entier

Une éjection de gaz partiellement condensé en poussière est -elle responsable de la baisse d'éclat de Bételgeuse ?Crédit : Nasa/ESA/Wheatley
Une équipe américaine annonce avoir démontré quel phénomène a fait perdre son éclat à l’étoile principale de la constellation d’Orion au début de 2020. Pourtant, des questions demeurent. Jusqu’à faire douter de l’explication séduisante avancée par l’équipe.

Saura-t-on un jour ce qui est arrivé à Bételgeuse entre novembre 2019 et avril 2020 ? Malgré l’annonce d’une solution convaincante par l’équipe d’Andrea Dupree, au Center for Astrophysics, à Havard, rien n’est moins sûr. Après des mois d’observations et de calculs de plusieurs équipes, cette chercheuse vient de publier, le 13 août, dans l’Astrophysical Journal, un article qui confirme l’une des hypothèses avancées auparavant : l’étoile aurait éjecté subitement une grande quantité de masse, sous forme de gaz, presque exactement en direction de la Terre. En se refroidissant, ce gaz se serait condensé en poussière qui aurait, pendant plusieurs semaines, voilé la surface de l’étoile.

Des observations du télescope spatial Hubble…

Pour appuyer cette hypothèse, Andrea Dupree se fonde sur des observations de l’étoile réalisées juste avant sa chute de luminosité par le télescope Hubble. Entre septembre et novembre 2019, l’instrument spatial a récolté plusieurs spectres de Bételgeuse dans la longueur d’onde de l’ultraviolet. Et ces données ont permis d’identifier la signature du magnésium (sous forme de lignes dans les spectres lumineux), qui trahit la présence de gaz entre l’astre et la Terre. "Les lignes de magnésium viennent d'ions formés dans la chromosphère - la partie de l'atmosphère située au-dessus de la surface de l'étoile, explique Andrea Dupree. Elles peuvent indiquer la quantité de matériau, sa température et son mouvement." Justement, elles montrent qu’il se déplaçait alors très vite de la surface de Bételgeuse vers son atmosphère extérieure à près de 360000 km/h.

Au moment de son éjection, ce gaz était brillant. Donc, au début de l’hiver 2019-2020, il n’a pas encore affecté l’éclat de l’étoile. Mais ensuite, en s’étendant dans l’espace et en se refroidissant, il a formé une grande quantité de poussières. Ce serait ce nuage qui aurait masqué une partie de la surface de l’étoile, entraînant son apparente baisse de luminosité. Pour Andrea Dupree, l’argument est solide. Et il colle bien avec la photo obtenue en décembre 2019 par le Very Large Telescope (VLT), montrant qu’une partie du disque stellaire est assombri. Il colle également avec des observations plus anciennes, également faites avec le VLT, et qui, en visualisant l’environnement de la géante rouge, révèlent un espace rempli de nuages éjectés au cours des derniers millénaires.

Images de la surface de Bételgeuse prises avec le VLT. Sur celle de décembre 2019,
la partie sud de l'astre est assombrie. Crédit : ESO/Montargès.

… en conflit avec celles du réseau d’antennes Alma

Alors ? Mystère résolu ? Ce serait aller un peu vite en besogne. Car l’article scientifique d’Andrea Dupree vient précisément contredire un autre résultat, publié en juin 2020 par Thavisha Dharmawardena, du Max Planck Institute for Astronomy, à Heidelberg, en Allemagne. Or, celui réfute catégoriquement l’idée qu’un nuage de poussière ait pu s’interposer pour masquer partiellement et temporairement la lumière de Bételgeuse. En réalité, la star d’Orion, distante de plus de 700 années-lumière, aurait pâli à la suite de l’apparition à sa surface d’une énorme tache sombre. Celle-ci aurait grossi jusqu’à occuper 50 à 70% de sa surface, entraînant une chute de 40% de son éclat global.

Cette fois, les observations qui étayent cette thèse proviennent de deux antennes paraboliques : APEX, au cœur du réseau d’antennes Alma, installé au Chili, et le James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), à Hawaï. Ces deux instruments scrutent le ciel dans les longueurs d’onde millimétriques et submillimétriques. Et cette particularité présente un intérêt dans le cas de Bételgeuse : à ces longueurs d’ondes, les poussières sont transparentes. Autrement dit, elles ne bloquent pas la lumière d’astres situés derrière elles. Cela signifie que si un nuage de poussière s’interpose entre Bételgeuse et la Terre, en submillimétrique, on ne doit voir aucune baisse d’éclat. Thavisha Dharmawardena et son équipe ont donc épluché les données de ces deux observatoires sur la période concernée. « Quelle ne fut pas notre surprise de voir que Bételgeuse était devenue 20% plus sombre même dans la gamme des ondes submillimétriques, avait alors déclaré Steve Mairs, de l’East Asian Observatory, qui a collaboré à l’étude. » La conclusion était sans appel : un tel résultat est incompatible avec la présence de poussière.

Pour expliquer la baisse de luminosité en submillimétrique, Thavisha Dharmawardena n’avait que deux solutions : soit l’étoile avait rétréci (offrant une surface d’émission moins grande), soit elle avait refroidi. Comme les clichés du VLT n’indiquent pas une variation significative du diamètre, le chercheur en a conclu que la température moyenne de Bételgeuse avait baissé de 200 K. Mais il est plus probable qu’une chute plus importante ait eu lieu sur une portion de la surface. Une supposition qui cadre elle aussi très bien avec la photo de Bételgeuse de décembre 2019.

Vue d'artiste d'une tache sombre gigantesque à la surface de Bételgeuse. Crédit : MPIA.

De la poussière ET une tache froide ?

Justement, l’auteur de cette photo, Miguel Montargès, astrophysicien à l’université KU Leuven, à Louvain, en Belgique, a étudié Bételgeuse de manière très assidue au cours de ces dernières années. Et il n’arrive pas à choisir entre les deux explications : « La réponse n’est pas tranchée. Pour moi, c’est du 50/50 entre un point froid et une éjection de matière. » Selon les données du télescope Hubble, il y a bien du gaz chaud qui a traversé la chromosphère de l’étoile entre septembre et novembre. Et selon APEX et le JCMT, aucune poussière n’est responsable de l’assombrissement de Bételgeuse dans le visible…

Andrea Dupree note toutefois que l'équipe du Max Planck Institute a mesuré des rayonnements venant de la photosphère de Bételgeuse seulement à partir du 23 janvier 2020 mais que la photo du VLT montrant l'assombrissement partiel remonte au 26 décembre 2019 et qu'entre temps, les observations en ultraviolet ne révélaient plus de mouvement. Et elle conclut : "Les observations de la surface du Max Planck Institute ont manqué l'événement. Des scientifiques russes ont trouvé une augmentation de la polarisation en janvier et février 2020; ce qui indique de la poussière. Egalement, des scientifiques (Levesque and Massey, 2020, ApjL, 891, L37), en mesurant le spectre optique en février 2020, n'ont pas trouvé de chute dans la température effective de l'étoile." Or, justement, ces dernières mesures restent sujettes à caution car, comme le faisait remarquer Miguel Montargès en avril 2020, pour mesurer correctement la température de Bételgeuse, qui est semi-variable, il aurait fallu comparer les observations faites lors de la baisse exceptionnelle de luminosité avec d'autres faites lors d'un minimum régulier... Ce qui n'était pas le cas.

Pour sa part, Thavisha Dharmawardena juge le travail de Dupree et de ses collègues « très intéressant ». Il ajoute : « Ils utilisent des observations de haute qualité pour montrer ce qui semble être un échappement de gaz dans la partie sud de l’étoile, juste avant que l’obscurcissement commence. Cependant, le débat continue à perdurer sur le rôle de la poussière dans l’assombrissement : les observatoires qui sont les plus sensibles à la poussière ont échoué à en trouver la preuve, et Hubble ne fournit pas vraiment de preuve directe de la poussière. Cela va prendre du temps pour résoudre ces incroyables problèmes mais une possibilité expliquer et relier toutes les données que nous avons maintenant et que l’éjection du gaz dense d’une région chaude d’une cellule convective a créé une tache froide à la surface, qui aurait ainsi conduit à l’assombrissement. On dirait que Bételgeuse n’est pas encore prête à dévoiler tous ses secrets. » Car si l'idée de songer à la fois à une éjection de gaz et à l'apparition d'une tache sombre est tentante, il faut encore qu'elle intègre toutes les observations effectuées. Et pour Miguel Montargès, qui travaille toujours sur la question, "on n'a aucun modèle numérique de combiner les deux !"

Le réseau Alma pourrait résoudre l’affaire

Il faudrait d'autres observations afin d'avoir le fin mot de l'histoire. Pour Miguel Montargès, il y avait une chance de clore le débat : « J’ai bien peur que seul Alma aurait permis de trancher car si on a effectivement un nuage de poussière, on aurait dû voir le gaz qui l’accompagne en émission et décalé vers le bleu car venant vers nous. Si c’était une tache noire, on aurait dû ne rien voir en émission du gaz mais un affaiblissement du continu. » Seulement voilà : avec la pandémie de coronavirus au Chili, les opérations sont suspendues au réseau d’antennes millimétriques implanté à 5000 m d’altitude sur le plateau de Chajnantor. Et à mesure que le temps passe, les indices s’effacent : « Plus on attend, plus le nuage s’éloigne, reprend Miguel Montargès. On pourra sans doute observer quelque chose mais comment être sûr que c’est le même objet ? » En effet, il faudrait connaître la façon dont évolue l’intensité d’émission du gaz à mesure qu’il s’éloigne et se disperse.

Une rechute en vue ?

L’affaire de Bételgeuse pourrait ne pas s’arrêter à l’événement du début de 2020. A la fin du printemps 2020, l’étoile, trop proche du Soleil pour être pointée par les télescope nocturnes, a été suivie pendant quelques jours à l’aide du satellite solaire STEREO. Celui-ci est en effet placé idéalement et les responsables de la mission l’ont tourné pour qu’il mesure le flux de lumière en provenance de Bételgeuse… A cinq reprises, entre le 24 juin et le 20 juillet, l’imageur qui sert habituellement à détecter le vent solaire dans l’héliosphère a visé l’étoile. Et là, surprise : son éclat a à nouveau diminué ! Certes, cela reste dans les mêmes proportions qu’en janvier 2019 (environ une demi-magnitude), mais nul ne sait si la tendance va se poursuivre ou si l’épisode est déjà terminé.

Evolution de la courbe de luminosité de Bételgeuse au cours des deux dernières années.
En rouge, les mesures les plus récentes, faites par STEREO indiquent une nouvelle baisse. Crédit : Nasa.

Sur le sujet, lire aussi le dossier « Supernovae, les forges du cosmos », dans Ciel & Espace n° 571.

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