Mu Cephei expulse de la matière par bouffées

Mu Cephei en jaune dans l'amas IC 1396 de la constellation de Céphée, @ Adam Block/Univ. of Arizona
Pour la première fois, des astronomes ont réalisé une carte 3D des phénomènes de perte de masse d’une supergéante rouge. Des images exceptionnelles obtenues grâce au réseau d’antennes de l’observatoire NOEMA (Northern Extended Millimeter Array), implanté dans les Alpes françaises.

Les astronomes le soupçonnaient, maintenant, ils en sont sûrs : les supergéantes rouges perdent de leur masse de façon épisodique et aléatoire. Une équipe de l’université de la KU Leuven (Belgique) a observé l’une d’elles, l’étoile Mu Cephei, aussi appelée le Grenat d’Herschel, distante de 2090 années-lumière. Elle a établi une cartographie en 3D du gaz qui entoure l’astre. Ce relevé du monoxyde de carbone (CO), obtenu avec les antennes millimétriques de 15 m du réseau NOEMA, lui a permis de conclure que Mu Cephei éjectait des quantités importantes de matière sans aucune régularité et de façon inhomogène.

Mu Cephei est ce que l’on appelle une supergéante rouge : une étoile très massive arrivée en fin de vie. Son diamètre égale celui de l’orbite de Jupiter, soit environ 1,5 milliard de kilomètres, pour une masse de 15 à 20 fois celle du Soleil. Et comme toutes les grosses étoiles, elle perd de son gaz. Mais à ce stade de son existence, le mécanisme restait quelque peu mystérieux pour les astronomes. Différents modèles existaient. Certains penchaient pour une perte de gaz régulière et homogène autour de l’étoile, mais les observations faites à NOEMA sur le plateau de Bure, dans les Alpes, invalident ces hypothèses. L’étude valide le modèle qui faisait le plus consensus (perte de masse décousue et asymétrique) était le bon.

Un exemple de supergéante rouge : Bételgeuse, la célèbre étoile de la constellation d’Orion. © ESO

Forts de ces nouvelles connaissances, les scientifiques vont pouvoir approfondir leurs recherches. Les images obtenues révèlent comment évolue le gaz qui s’échappe des supergéantes, mais n’explique pas le mécanisme à l’origine de ces bouffées. « C’est grâce à l’effet Doppler que l’on est capable de mesurer le mouvement des nuages de gaz », indique Miguel Montargès, astronome à l’Institut d’astronomie de l’université de Louvain.

Comprendre l’environnement proche des étoiles comme le Grenat d’Herschel représente un enjeu important pour les astronomes. La dispersion de la matière gazeuse pourrait leur permettre de comprendre l’origine des vents stellaires observés autour de l’étoile.

« Ces observations nous donnent aussi des précisions sur le passage de l’étoile à la supernova », ajoute Miguel Montargès.

Les étoiles en fin de vie comme Mu Cephei relâchent leur énergie avec des réactions nucléaires différentes de celles observables dans notre Soleil, qui est encore relativement jeune (malgré ses 4,5 milliards d’années). Elles créent des éléments chimiques lourds similaires à ceux présents sur les planètes. Quand elles explosent en supernova, elles essaiment dans l’espace ces éléments qui s’intégreront dans de futures étoiles.

Reconstitution 3D de l'environnement de Mu Cephei. Les axes correspondent aux trois directions spatiales en kAU (1000 unités astronomiques)

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