Il est rare qu’un seul objet cosmique détienne le record pour plusieurs paramètres à la fois. Mais une étoile y est parvenue. C’est actuellement l’étoile la plus brillante de l’Univers, mais aussi la plus massive et l’une des plus chaudes. Il s’agit de l’étoile R136a1.
Table des matières
Caractéristiques de l’étoile la plus brillante
Bien que l’étoile ait été découverte dans les années 1960, elle n’a reçu son titre de record que récemment, en 2010. La raison en est sa distance : la distance entre R136a1 et la Terre est de 50 000 parsecs, ce qui équivaut à 163 000 années-lumière !
Il n’est donc pas étonnant que seul le télescope «Hubble» ait pu observer l’étoile en détail. Après tout, la luminosité de l’amas d’étoiles R136 dans le ciel étoilé n’est que de 10 à 3 points en dessous du seuil de visibilité de l’œil humain. Et pour voir l’étoile elle-même, il faudrait un télescope de 3,6 mètres de long ! On ne penserait pas que l’étoile la plus brillante de l’Univers se trouve dans un secteur aussi discret depuis la Terre.
Amas d’étoiles R136. Image du télescope Hubble
Mais aujourd’hui, les astronomes disposent à la fois d’une base théorique bien développée sur la physique de l’étoile et d’instruments puissants qui leur permettent d’observer les coins les plus reculés de l’Univers. De longues études ont ainsi permis d’obtenir de nombreuses informations intéressantes sur l’amas R136a1 :
- La masse du R136a1 est égale à la masse de 256 soleils, soit 5 × 10 32 kilogrammes ou 5 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 0 0 0 0 tonnes ! C’est la masse la plus élevée parmi les étoiles découvertes aujourd’hui. La masse est un paramètre important pour une étoile : elle détermine l’intensité de la «combustion» thermonucléaire du noyau, source de toute l’énergie du luminaire.
- En raison de sa masse importante, R136a1 a une température de surface incroyablement élevée : 55 000 degrés centigrades. C’est presque dix fois la chaleur de notre luminosité ! Comme le processus de «combustion» de l’hydrogène à l’intérieur de l’étoile se poursuit, la chaleur du cœur de R136a1 peut atteindre des centaines de millions de degrés Celsius.
Dépendance de la couleur de l’étoile par rapport à la température et à la longueur d’onde de la lumière. Les couleurs sont renforcées.
- Bien que R136a1 soit l’étoile la plus lourde, sa taille est relativement modeste — le diamètre de l’étoile est plus grand que celui du Soleil «seulement» 29 à 35 fois. Le rayon de R136a1 représente 1/7 d’une unité astronomique, c’est-à-dire la distance entre le Soleil et la Terre. Et le volume total de R136a1 est 22 000 fois supérieur à celui de notre luminaire !
- L’étoile fait partie des jeunes luminaires de l’Univers — son âge est estimé par les astronomes à 1,7 million d’années.
En raison de sa masse, de sa luminosité élevée, de sa surface incandescente et de ses vents stellaires puissants, R136a1 est classée dans la catégorie Wolf-Raye. La composition du luminaire, riche en éléments lourds, notamment en oxygène, en carbone et en azote, a également contribué à son inclusion dans ce groupe. Cependant, R136a1 n’est pas tout à fait une étoile VR typique. La plupart des luminaires de cette classe sont de vieilles étoiles lourdes dans lesquelles la «combustion» thermonucléaire est passée à l’hélium. À l’intérieur de R136a1, la fusion nucléaire à base d’hydrogène se poursuit.
Naine rouge, étoile de classe solaire, géante bleue et R136a1
Où puis-je trouver R136a1 ?
L’emplacement de R136a1 dans l’Univers est également remarquable. Comme indiqué au début de cet article, elle se trouve dans l’amas d’étoiles R136, qui se cache dans la nébuleuse de la Tarentule. Tous ces amas se trouvent dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine qui orbite autour de notre Voie lactée. La distance entre la Terre et la nébuleuse est de 50 000 parsecs, soit 1,54 × 10 18 kilomètres.
La nébuleuse de la Tarentule, comme l’ensemble du nuage de Magellan, est située près de la constellation du Poisson rouge. Elle appartient à l’hémisphère sud de la Terre, si bien qu’on ne peut pas la voir dans le ciel depuis notre territoire. Et c’est dommage : la nébuleuse de la Tarentule contient de nombreux objets intéressants. Parmi eux, la supergéante rouge WOH G64, l’une des plus grandes étoiles de l’univers observable.
En raison de sa forte luminosité, R136a1 joue un rôle important dans son secteur. Par exemple, elle génère un dixième des flux d’ions de toute la nébuleuse de la Tarentule et représente la moitié du rayonnement total de son amas d’étoiles. Pour exercer une telle force, il faut combiner les énergies de 70 étoiles bleues ordinaires.
Une luminosité extrême
La principale caractéristique de R136a1 est son incroyable luminosité — sa luminosité absolue, selon les calculs maximaux, atteint 8,7 millions d’éclats solaires ! Aucune autre étoile au monde ne possède une telle luminosité. En 5 secondes, R136a1 émet autant d’énergie que notre soleil en émet pendant une année entière !
Tout d’abord, il convient de noter que la luminosité totale d’une étoile n’est pas uniquement déterminée par le spectre de lumière perçu par l’œil humain.
Matériel sur le sujet
La magnitude stellaire bolométrique absolue de R136a1, qui inclut les plages d’émission invisibles, est d e-12,5 (plus l’indice est faible, plus les émissions sont brillantes), alors que dans le domaine visible, la magnitude absolue fluctue autour d e-7,4. Mais même la luminosité visible de R136a1 est suffisante pour éclipser notre Soleil. Si cette étoile record remplace notre luminaire dans le système solaire, elle sera deux fois plus grande dans le ciel et près de 100 000 fois plus brillante. Et même à une distance de dix parsecs, R136a1 aurait la taille de la moitié de la Lune dans le ciel nocturne.
Les chiffres sont les chiffres — mais que signifie une luminosité aussi élevée ? Prenons l’exemple de notre système planétaire. Si l’intensité du rayonnement solaire n’augmente que d’un dixième, la vie sur notre planète ne sera possible qu’aux pôles. Avec une augmentation de 40 % de la luminosité, la Terre ressemblera à Vénus. Il va sans dire que le rayonnement du R136a1, qui est des centaines de milliers de fois plus puissant que le rayonnement du soleil, aura-t-il un effet sur notre planète ?
En même temps, nous n’avons pas pris en compte les spectres de radiations invisibles à l’œil humain, qui ont été mentionnés plus haut — et qui représentent 99% de la luminosité de l’étoile géante. L’étoile R136a1 «investit» le plus d’énergie dans les ultraviolets et les rayons X. Ce phénomène est dû à la température élevée de l’étoile. Cela est dû à la température élevée de l’étoile, qui fait que la couleur de la surface du luminaire prend des teintes bleues saturées. La longueur d’onde de la lumière quittant un tel environnement est très courte — si courte que la lumière quitte le domaine visible. Les étoiles plus froides présentent des teintes blanches, jaunes et rouges.
Découverte et recherche de l’étoile
L’étoile Path R136a1 est l’étoile la plus brillante, mais son énorme distance l’a longtemps cachée aux yeux de l’homme. Le Grand Nuage de Magellan est connu des hommes depuis plus de 500 ans, et la nébuleuse de la Tarentule a été reconnue dès 1751. Mais l’amas R136a n’a été découvert qu’en 1979, et ce grâce à un monstrueux télescope de 3,6 mètres de l’ESO au Chili.
La forte luminosité du secteur a immédiatement attiré l’attention des astronomes. Il était clair que les étoiles ordinaires, pathologiques et fortement lumineuses ne seraient pas en mesure de produire autant d’énergie. Inspirés par la luminosité anormale de l’amas R136a, certains astronomes ont évoqué la possibilité de l’existence d’une étoile d’une masse allant jusqu’à 3 000 masses solaires. Avant l’invention des premiers télescopes en orbite, cette hypothèse, bien qu’improbable, était une explication logique.
Télescope de 3,6 mètres de l’ESO
R136a1 n’a été identifiée parmi les autres étoiles de l’amas que dans les années 1990, grâce au télescope orbital Hubble. Cependant, la masse et la luminosité record de l’étoile n’ont été connues qu’en 2010, après de longues études de l’amas stellaire. Avant cela, les intersections constantes avec d’autres objets cosmiques ont empêché R136a1 d’être remarquée sur l’arrière-plan d’autres luminaires.
Conséquences d’une forte luminosité
Même pour un novice en astronomie, il est évident que le niveau d’énergie émis par R136a1 est extrêmement élevé. À tel point qu’il détruit toute une série d’interactions physiques qui maintiennent l’équilibre, et que l’étoile devient très instable.
Le titre d’étoile la plus lourde ne restera donc pas longtemps à R136a1, du moins à l’échelle cosmique. Le rayonnement et la température de l’étoile sont si puissants qu’ils surmontent la force gravitationnelle qui maintient la matière de R136a1. Cela génère de puissants vents stellaires, dont la vitesse peut atteindre 2 500 kilomètres par seconde. Chaque année, R136a1 perd 0,0005 masse solaire, soit un milliard de fois plus que notre luminaire ! Ce chiffre important n’est toutefois pas dû au seul vent solaire : la plus grande partie des pertes est due à l’énergie solaire.
La masse et la puissance du rayonnement influencent également le mécanisme par lequel l’énergie d’une étoile est transportée des profondeurs vers l’extérieur. Dans les étoiles massives, depuis le cœur et presque jusqu’à la surface, le rayonnement est soulevé par la convection — le processus de déplacement de la matière la plus chaude vers les couches supérieures. Le même mécanisme est à l’œuvre dans l’ébullition de l’eau ordinaire. Mais comme l’énergie du R136a1 est extrêmement élevée, la convection tire les atomes d’hélium et d’azote hors du noyau et les projette vers l’extérieur sous la forme de protubérances et de vent solaire. C’est pourquoi la composition du spectre de R136a1 est similaire à celle des étoiles de Wolf-Raye, bien que leur composition réelle et leurs processus physiques soient différents.
L’avenir sombre de l’étoile la plus brillante
Un simple calcul suffit pour comprendre que R136a1 a perdu, en 1,7 million d’années d’existence, des matériaux d’une valeur de 50 soleils. Si cela continue, l’étoile existera dans le régime actuel pendant encore 2 millions d’années, et son poids diminuera jusqu’à 70-80 masses solaires.
Cependant, tout n’est pas aussi simple qu’il n’y paraît. Les scientifiques font des prédictions sur le développement des étoiles, en se basant sur les observations du Soleil et des luminaires les plus proches. Il convient de noter que les astronomes sont doués pour prédire l’évolution future des étoiles, en particulier lorsqu’il s’agit d’étoiles de la séquence principale ou de géantes typiques.
Matériel sur le sujet
Mais R136a1 n’est pas compatible avec cette approche : une étoile aussi massive est sans précédent dans l’histoire de l’astronomie. Ce n’est pas seulement la masse qui compte, car elle dépasse la limite de la formation naturelle d’étoiles, c’est-à-dire la collecte de matériaux dans une nébuleuse. L’intensité du rayonnement de R136a1 la déchire littéralement. Les astronomes pensent que R136a1 n’a pu se former qu’après la fusion de deux ou plusieurs étoiles plus petites — ce n’est pas sans raison que l’amas R136 est considéré comme très serré.
Scénarios pour la mort de R136a1
Les astrophysiciens ne peuvent donc qu’émettre des hypothèses sur l’évolution future de l’étoile. Toutefois, l’expérience actuelle des scientifiques nous permet d’affirmer avec certitude que R136a1 explosera en supernova à la fin de sa vie. Le fait est que toute étoile dans laquelle l’hélium s’est enflammé et a formé un noyau massif de carbone, d’oxygène et d’éléments plus lourds ne peut pas simplement échapper aux forces de gravité et se transformer en une naine blanche qui se refroidit lentement. L’énergie accumulée doit s’échapper.
Comme nos lecteurs le savent probablement déjà, après une supernova, un luminaire se transforme soit en étoile à neutrons, soit en trou noir. Quel est le cas du R136a1 ? Comme son noyau ne sera pas seulement composé de carbone-oxygène, mais aussi de fer, il ne peut devenir qu’un trou noir — la masse du vestige de R136a1 sera beaucoup plus importante que la limite supérieure d’une étoile à neutrons. Normalement, la transformation en trou noir se produit sans explosion apparente. Cependant, l’énorme R136a1 sera capable d’éjecter une grande quantité de l’isotope 56 Ni du nickel. Cela provoquera un flash d’une énorme luminosité, l’hypernova, visible même depuis la Terre.
Hypernova dans une conception d’artiste
Heureusement, cette hypernova se produira à bonne distance de nous. En effet, un éclair similaire qui s’est produit il y a 450 millions d’années, à 6 000 années-lumière de nous, a anéanti 60 % des créatures qui vivaient sur la planète. C’est ce qu’on appelle l’extinction de l’Ordovicien et du Silurien.
Date de publication: 12-26-2023
Mettre à jour la date: 12-26-2023