L’astrophysique moderne, en ce qui concerne les étoiles, semble traverser une nouvelle période d’enfance. Les observations d’étoiles apportent plus de questions que de réponses. Ainsi, lorsqu’on demande quelle est l’étoile la plus grande de l’univers, il faut être prêt à recevoir des réponses. Vous interrogez-vous sur la plus grande étoile connue de la science ou sur les limites que la science impose à une étoile ? Comme c’est généralement le cas, vous n’obtiendrez pas de réponse univoque dans les deux cas. Le candidat le plus probable pour la plus grande étoile partage la palme avec ses «voisins» à parts égales. La question de savoir à quel point elle pourrait être plus petite que le véritable «roi des étoiles» reste également ouverte.
Table des matières
La plus grande connue ?
Comparaison de la taille du Soleil et de l’étoile du bouclier UY. Le Soleil est un pixel presque invisible à gauche du Bouclier d’UY.
La supergéante UY de Shields peut être considérée, avec quelques réserves, comme la plus grande étoile observée aujourd’hui. Nous verrons plus loin pourquoi «avec réserve». UY Shields se trouve à 9500 années-lumière de nous et est observée comme une étoile variable peu lumineuse, que l’on peut distinguer dans un petit télescope. Les astronomes estiment que son rayon dépasse 1 700 rayons solaires et que, pendant la période de pulsation, cette taille peut atteindre 2 000.
Il s’avère que si l’on mettait une telle étoile à la place du Soleil, les orbites actuelles des planètes du groupe Terre se trouveraient dans les entrailles de la supergéante, et les limites de sa photosphère se heurteraient parfois à l’orbite de Saturne. Si nous imaginons notre Terre comme un grain de sarrasin et le Soleil comme une pastèque, le diamètre du bouclier UY serait comparable à la hauteur de la tour de télévision Ostankino.
Matériel sur le sujet
Faire le tour d’une telle étoile à la vitesse de la lumière prendrait jusqu’à 7-8 heures. Rappelons que la lumière émise par le Soleil atteint notre planète en seulement 8 minutes. Si nous volons à la même vitesse que l’ISS qui effectue une révolution autour de la Terre en une heure et demie, le vol autour du Bouclier UY durera environ 36 ans. Imaginons maintenant ces échelles, sachant que l’ISS vole 20 fois plus vite qu’une balle et des dizaines de fois plus vite qu’un avion de ligne.
Masse et luminosité du bouclier d’UY
Il convient de noter qu’une taille aussi monstrueuse du bouclier UY est totalement incomparable avec ses autres paramètres. Cette étoile n’est «que» 7 à 10 fois plus massive que le Soleil. Il s’avère que la densité moyenne de cette supergéante est presque un million de fois inférieure à la densité de l’air qui nous entoure ! À titre de comparaison, la densité du Soleil est une fois et demie plus élevée que celle de l’eau, et un grain de matière d’une étoile à neutrons «pèse» des millions de tonnes. Grosso modo, la matière moyenne d’une telle étoile a une densité similaire à celle d’une couche d’atmosphère située à une centaine de kilomètres au-dessus du niveau de la mer. Cette couche, également appelée ligne de Karman, est une frontière conventionnelle entre l’atmosphère terrestre et l’espace. Il s’avère que la densité du bouclier UY est à peine inférieure à celle du vide cosmique !
De plus, le bouclier UY n’est pas le plus brillant. Avec une luminosité intrinsèque de 340 000 luminosités solaires, il est des dizaines de fois moins lumineux que les étoiles les plus brillantes. Un bon exemple est l’étoile R136 qui, étant l’étoile la plus massive connue aujourd’hui (265 masses solaires), est près de neuf millions de fois plus brillante que le Soleil. Pourtant, cette étoile n’est que 36 fois plus grande que le Soleil. Il s’avère que R136 est 25 fois plus brillante et environ le même nombre de fois plus massive que UY Shield, alors qu’elle est 50 fois plus petite que la géante.
Paramètres physiques du Bouclier d’UY
En général, UY Shields est une supergéante rouge variable pulsante de classe spectrale M4Ia. Dans le diagramme spectre-luminosité de Hertzsprung-Russell, UY Shields est située dans le coin supérieur droit.
UY Shields en comparaison
À ce stade, l’étoile est sur le point d’atteindre les derniers stades de son évolution. Comme toutes les supergéantes, elle a commencé à brûler activement de l’hélium et d’autres éléments plus lourds. Selon les modèles actuels, dans quelques millions d’années, UY Shields se transformera successivement en supergéante jaune, puis en étoile variable bleu vif ou Wolf-Raye. La dernière étape de son évolution sera l’explosion d’une supernova, au cours de laquelle l’étoile se débarrassera de son enveloppe, laissant probablement derrière elle une étoile à neutrons.
Aujourd’hui déjà, UY Shield montre son activité en tant que variable semi-régulière avec une période de pulsation approximative de 740 jours. Étant donné que l’étoile peut changer de rayon de 1700 à 2000 rayons solaires, son taux d’expansion et de contraction est comparable à celui des vaisseaux spatiaux ! Sa perte de masse se fait au rythme impressionnant de 58 millions de masses solaires par an (ou 19 masses terrestres par an). Cela représente près d’une masse terrestre et demie par mois. Ainsi, se trouvant il y a des millions d’années sur la séquence principale, UY Shield aurait pu avoir une masse de 25 à 40 masses solaires.
Des géants parmi les étoiles
Comparaison de la taille des planètes et des étoiles
Pour en revenir à l’avertissement ci-dessus, nous notons que la primauté du Bouclier d’UY comme la plus grande des étoiles connues ne peut pas être qualifiée d’univoque. En effet, les astronomes ne sont toujours pas en mesure de déterminer avec suffisamment de précision la distance de la plupart des étoiles, et donc d’estimer leur taille. En outre, les grandes étoiles ont tendance à être très instables (rappelez-vous la pulsation du bouclier UY). De même, leur structure est plutôt floue. Elles peuvent avoir des atmosphères très étendues, des enveloppes opaques de gaz et de poussières, des disques ou une grande étoile compagnon (par exemple VV de Céphée, voir ci-dessous). Il est impossible de dire exactement où se situe la limite de ces étoiles. Après tout, la notion établie de la limite des étoiles comme étant le rayon de leur photosphère est déjà extrêmement arbitraire.
Par conséquent, une douzaine d’étoiles peuvent être incluses dans ce nombre, dont NML du Cygne, VV de Céphée A, VY du Grand Chien, WOH G64, et quelques autres. Toutes ces étoiles sont situées dans le voisinage de notre galaxie (en comptant ses satellites) et se ressemblent à bien des égards. Elles sont toutes des supergéantes ou des hypergéantes rouges (voir ci-dessous la différence entre super et hyper). Chacune d’entre elles deviendra une supernova dans quelques millions, voire quelques milliers d’années. Leur taille est également similaire, puisqu’elle se situe entre 1400 et 2000 tailles solaires.
VV de Céphée A comparée à l’orbite de Jupiter
Chacune de ces étoiles a sa propre particularité. Ainsi, UY Shield présente la variabilité mentionnée précédemment. WOH G64 possède une coquille toroïdale de gaz et de poussière. L’étoile variable à double éclipse VV Cepheus est extrêmement intéressante. Il s’agit d’un système proche de deux étoiles, composé de l’hypergéante rouge VV Cepheus A et de l’étoile bleue de la séquence principale VV Cepheus B. Les centres de ces étoiles se trouvent à environ 17 mètres de la surface de la Terre. Les centres de ces étoiles sont distants de 17 à 34 unités astronomiques. Étant donné que le rayon de VV Cepheus B peut atteindre 9 u.a. (1900 rayons solaires), les étoiles sont distantes d’une longueur de bras. Leur tandem est si serré que des morceaux entiers de l’hypergéante s’écoulent à des vitesses énormes sur sa «petite voisine», qui est presque 200 fois plus petite qu’elle.
À la recherche d’un leader
Dans ces conditions, l’estimation de la taille des étoiles est déjà problématique. Comment parler de la taille d’une étoile si son atmosphère s’écoule dans une autre étoile, ou si elle passe en douceur dans un disque de gaz et de poussières ? Et ce, bien que l’étoile elle-même soit constituée de gaz très raréfié.
En outre, toutes les plus grandes étoiles sont extrêmement instables et de courte durée. Elles peuvent vivre des millions, voire des centaines de milliers d’années. Par conséquent, lorsqu’on observe une étoile géante dans une autre galaxie, on peut être sûr qu’une étoile à neutrons pulse à sa place ou qu’un trou noir entouré des restes de l’explosion d’une supernova déforme l’espace. Si une telle étoile se trouvait à des milliers d’années-lumière, on ne peut pas être totalement sûr qu’elle existe toujours ou qu’elle est restée la même géante.
VY du Grand Chien et du Soleil
À cela s’ajoutent l’imperfection des méthodes modernes de détermination de la distance des étoiles et un certain nombre de problèmes non spécifiés. Il s’avère que même parmi une douzaine de grandes étoiles connues, il est impossible d’identifier un chef de file et de les classer par ordre croissant de taille. Dans ce cas, UY Shields a été désignée comme la candidate la plus probable pour le leadership parmi les «dix grandes». Cela ne signifie pas que son leadership est incontestable et que, par exemple, NML de Swan ou VY de Big Dog ne peuvent pas être plus grandes que lui. Ainsi, différentes sources peuvent répondre de manière différente à la question de la plus grande étoile connue. Cela n’indique pas leur incompétence, mais plutôt que la science ne peut pas donner de réponses sans ambiguïté, même à des questions aussi directes.
La plus grande étoile de l’univers
Si la science n’est pas en mesure d’identifier la plus grande étoile parmi les étoiles découvertes, comment pouvons-nous parler de l’étoile la plus grande de l’Univers ? Selon les estimations des scientifiques, le nombre d’étoiles, même à l’intérieur des limites de l’Univers observable, est dix fois plus important que le nombre de grains de sable sur toutes les plages du monde. Bien entendu, même les télescopes modernes les plus puissants ne peuvent en observer qu’une fraction inimaginablement plus petite. La recherche d’un «leader stellaire» n’est pas facilitée par le fait que les plus grandes étoiles se distinguent par leur luminosité. Quelle que soit leur luminosité, elle s’estompe lors de l’observation de galaxies lointaines. En particulier, comme nous l’avons vu plus haut, les étoiles les plus brillantes ne sont pas les plus grosses (R136 en est un exemple).
N’oubliez pas non plus qu’en observant une grande étoile dans une galaxie lointaine, vous verrez en fait son «fantôme». Par conséquent, trouver la plus grande étoile de l’Univers n’est pas seulement impossible, sa recherche sera tout simplement inutile.
Hypergéantes
L’hypergéante Big Dog VY éjecte d’énormes quantités de gaz lors de ses explosions.
Si la plus grande étoile ne peut être trouvée pratiquement, peut-être devrions-nous la développer théoriquement ? En d’autres termes, il s’agit de trouver une limite au-delà de laquelle l’existence d’une étoile ne peut plus être une étoile. Cependant, même ici, la science moderne est confrontée à un problème. Le modèle théorique actuel de l’évolution et de la physique stellaires n’explique pas une grande partie de ce qui existe réellement et qui est observé dans les télescopes. Les hypergéantes en sont un bon exemple.
Les astronomes ont dû à plusieurs reprises relever la limite de la masse stellaire. Cette limite a été introduite pour la première fois en 1924 par l’astrophysicien anglais Arthur Eddington. En déduisant la dépendance cubique de la luminosité des étoiles par rapport à leur masse. Eddington s’est rendu compte qu’une étoile ne peut pas accumuler de la masse indéfiniment. La luminosité augmente plus vite que la masse, ce qui conduit tôt ou tard à une rupture de l’équilibre hydrostatique. La pression de la lumière due à l’augmentation de la luminosité va littéralement souffler les couches extérieures de l’étoile. La limite calculée par Eddington était de 65 masses solaires. Les astrophysiciens ont par la suite affiné ses calculs, en ajoutant des éléments non pris en compte et en utilisant des ordinateurs puissants. La limite théorique actuelle de la masse des étoiles est donc de 150 masses solaires. Rappelons que la masse de R136a1 est de 265 masses solaires, soit près de deux fois la limite théorique !
R136a1 vue par l’artiste
R136a1 est l’étoile la plus massive connue à ce jour. En dehors d’elle, plusieurs autres étoiles ont des masses importantes, dont le nombre dans notre galaxie se compte sur les doigts de la main. Ces étoiles sont appelées hypergéantes. A noter que R136a1 est beaucoup plus petite que les étoiles qui, semble-t-il, devraient être en dessous d’elle dans la classe — par exemple, la supergéante UY Shield. Tout cela parce que les hypergéantes ne sont pas les plus grandes, mais les étoiles les plus massives. Pour ces étoiles, une classe distincte a été créée sur le diagramme spectre-luminosité (O), située au-dessus de la classe des supergéantes (Ia). La barre de départ exacte de la masse d’une hypergéante n’a pas été fixée, mais en règle générale, leur masse dépasse 100 masses solaires. Aucune des plus grandes étoiles du Big Ten n’atteint ces limites.
Une impasse théorique
La science moderne n’est pas en mesure d’expliquer la nature de l’existence d’étoiles dont la masse est supérieure à 150 masses solaires. La question se pose donc de savoir comment déterminer une limite théorique à la taille des étoiles si le rayon d’une étoile, contrairement à sa masse, est lui-même un concept vague.
Il faut tenir compte du fait que l’on ne sait pas exactement ce qu’étaient les étoiles de la première génération et ce qu’elles seront au cours de l’évolution de l’univers. Des changements dans la composition, dans la métallicité des étoiles peuvent conduire à des changements radicaux dans leur structure. Les astrophysiciens n’ont plus qu’à appréhender les surprises que leur réservent les observations et les études théoriques ultérieures. Il est tout à fait possible que le bouclier UY se révèle être une véritable miette sur l’arrière-plan d’une hypothétique «étoile-roi», qui brille ou brillera quelque part dans les coins les plus éloignés de notre univers.
Articles connexes
Cet article vous plaît ? Parlez-en à vos amis !
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023