L'étoile du Nord, Polaris, est mythique. Mais saviez-vous qu'il s'agit en fait d'une étoile quintuple dont la plus brillante est aussi la Céphéide la plus proche du Système solaire, le type d'étoile qui a permis à Hubble de démontrer que des nébuleuses comme Andromède étaient en fait de grandes galaxies ? Une équipe d'astronomes vient maintenant d'obtenir deux grandes premières, celle des images de la surface de Polaris et du même coup celle de la surface d'une Céphéide !
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Des chercheurs utilisant le Center for High Angular Resolution Astronomy (Chara) Array de l'université d'État de Géorgie aux États-Unis ont ajouté une page de plus à la saga de Polaris, la mythique étoile du Nord qui porteporte ce nom depuis quelques siècles car elle est très proche sur la voûte céleste de son intersection avec l'axe de rotation de la Terre dans l'hémisphère Nordhémisphère Nord. Les marins s'en servaient pour naviguer depuis longtemps, mais c'est avec l'astronomie scientifique et les instruments d'observation inventés depuis GaliléeGalilée que l'on a fini par comprendre qu'il s'agissait en réalité d'une étoile multiple comme Alcor et Mizar.
Alpha Ursae MinorisAlpha Ursae Minoris, comme l'appellent les astronomesastronomes, contient en effet une supergéante jaune comme étoile principale et la plus brillante, Alpha Ursae Minoris Aa (α UMi Aa), avec en orbite autour d'elle une étoile formant une binairebinaire visuelle dont on peut voir qu'elle est séparée visuellement de la supergéante et que l'on nomme α Ursae Minoris B. α Ursae Minoris C et α Ursae Minoris D ont été découvertes par l'astronome américain Sherburne W. Burnham en 1894. Alpha Ursae Minoris Ab (α UMi Ab) est sur l'orbite la plus rapprochée de α UMi Aa.
On sait aussi que la supergéante jaune est une étoile variable et c'est même la CéphéideCéphéide la plus rapprochée du Système solaireSystème solaire. On sait que ce type d’étoile est d’une importante cruciale pour la détermination de ce que l’on appelle l’échelle des distances cosmiques qui permet d’étudier l’expansion du Cosmos observable et ce qui la cause.
Un télescope virtuel de 330 m de diamètre
Mais, aujourd'hui, ce que les astronomes de Chara sont arrivés à faire c'est avoir les premiers détails de la surface de cette Céphéide (qui semble située à environ 440 années-lumièreannées-lumière du SoleilSoleil selon les observations du satellite Gaia de l’ESA), comme l'explique un article publié dans The Astrophysical Journal, mais en accès libre sur arXiv et de nombreux posts sur TwitterTwitter.
En fait, il s'agit d'une surprise car comme l'explique un communiqué de l'université d'État de Géorgie, les astronomes étaient plutôt occupés à déterminer avec précision l'orbite de α UMi Ab autour de α UMi Aa, ce qui permet d'ailleurs de mesurer la massemasse de la supergéante rougesupergéante rouge.
L'équipe d'astronomes dirigée par Nancy Evans au Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian était chargée de cette mesure précise en déterminant l'orbite que α UMi Ab boucle en environ 30 ans. « La faible séparationséparation et le grand contrastecontraste de luminositéluminosité entre les deux étoiles rendent extrêmement difficile la résolutionrésolution du système binairesystème binaire lors de leur approche la plus proche », a déclaré Evans dans le communiqué. Mais on savait bien que l'on pouvait obtenir une résolution record, comme si l'on avait un miroirmiroir de télescopetélescope de 330 mètres de diamètre en utilisant la fameuse technique de synthèse d'ouverturesynthèse d'ouverture par interférométrieinterférométrie mise en pratique justement avec la lumière de six télescopes répartis au sommet de la montagne de l'observatoire historique du mont Wilson avec Chara.
Si la technologie, le coût et le terrain le permettaient, les scientifiques en quête de données clés sur les étoiles de notre Galaxie auraient adoré construire un télescope géant de 330 m de large au sommet du mont Wilson, juste au nord-est de Los Angeles. Au lieu de cela, ils ont disposé six télescopes plus petits sur une zone identique, synchronisant la lumière pour obtenir une résolution tout aussi exceptionnelle. Baptisé Center for High Angular Resolution Astronomy (Chara), le réseau utilise la technique de l'interférométrie pour repérer des détails de la taille d'une pièce de cinq cents vus à 16 000 kilomètres de distance. Écoutez les astronomes du projet expliquer pourquoi l'ingénierie labyrinthique requise pour la précision renommée de Chara est un petit sacrifice par rapport aux précieuses données qu'il recueille sur les propriétés et les cycles de vie des étoiles. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © American Museum of Natural History
Cinq fois la masse du Soleil pour Polaris
Les observations de Polaris ont été enregistrées à l'aide de la caméra MIRC-X, construite par des astronomes de l'université du Michigan et de l'université d'Exeter au Royaume-Uni. La caméra MIRC-X a la capacité remarquable de capturer les détails des surfaces stellaires, explique en outre le communiqué de l'université.
Un simple calcul de mécanique céleste, mené en utilisant le mouvementmouvement orbital de α UMi Ab, a finalement montré que α UMi Aa a une masse cinq fois supérieure à celle du Soleil et un diamètre 46 fois plus grand.
Mais, comme on l'a dit, la grande surprise a été le premier aperçu de ce à quoi ressemble la surface d'une variable Céphéide. « Les images Chara ont révélé de grandes taches lumineuses et sombres à la surface de Polaris qui ont changé au fil du temps », explique ainsi Gail Schaefer, directrice du réseau Chara. La présence de taches et la rotation de l'étoile pourraient être liées à une variation de 120 jours de la vitessevitesse mesurée.
« Nous prévoyons de continuer à photographier Polaris à l'avenir. Nous espérons mieux comprendre le mécanisme qui génère les taches à la surface de Polaris », conclut dans le communiqué John Monnier, professeur d'astronomie à l'université du Michigan.
