Les Étoiles HyperGéante

Une (étoile) hypergéante (c'est-à-dire une étoile de classe de luminosité 0) est une étoile de masse et de luminosité très élevées, qui possède un indice de perte de masse élevé. À cause de sa taille et de sa masse, une hypergéante est un objet particulièrement intéressant pour les scientifiques : il leur permet d'étudier les limites de formation des étoiles, tant en termes de taille que de luminosité.

Caractéristiques

Le terme « hypergéante » est couramment utilisé comme désignant les étoiles connues les plus massives, bien qu'il existe des définitions plus précises. En 1956, les astronomes Feast et Thackeray ont utilisé le terme de super-supergéante — délaissé plus tard au profit de l'appellation « hypergéante » pour les étoiles ayant une magnitude absolue supérieure à MV = -7.

En 1971, Keenan proposa que le terme ne soit utilisé que pour les supergéantes qui montraient au moins une émission large dans Hα, indiquant ainsi une atmosphère stellaire étendue ou un indice de perte de masse relativement important. Le critère de Keenan est l'un des plus utilisés à ce jour par les scientifiques.

Ceci signifie qu'une hypergéante ne doit pas être nécessairement plus massive qu'une supergéante comparable. Cependant, les étoiles les plus massives sont considérées comme des hypergéantes, et peuvent avoir des masses allant jusqu'à 100-150 masses solaires.

Les hypergéantes sont des étoiles très lumineuses, jusqu'à plusieurs millions de luminosités solaires, et ont une température comprise grossièrement entre 3 200 °C et 35 000 °C. Presque toutes les hypergéantes montrent des variations de luminosité au cours du temps à cause d'instabilités internes.

À cause de sa masse élevée, la durée de vie d'une hypergéante est très courte sur une échelle de temps astronomique, seulement quelques millions d'années, à comparer à environ 10 milliards d'années pour une étoile comme le Soleil. De ce fait, les hypergéantes sont extrêmement rares et seule une poignée d'entre elles sont connues actuellement.

Il ne faut pas confondre les hypergéantes avec les étoiles variables bleues à forte luminosité. Une hypergéante est classée comme telle à cause de sa taille et de son indice de perte de masse, alors qu'une étoile variable bleue à forte luminosité est supposée être une supergéante bleue massive qui traverse une phase durant laquelle elle perd une importante partie de sa masse.

Hypergéantes connues

Les hypergéantes sont difficiles à étudier du fait de leur rareté. Elles semblent être la limite de luminosité pour les hypergéantes les plus « froides » (celles qui sont jaunes ou rouges) : aucune d'entre elles ne dépasse la magnitude bolométrique de -9.5, qui correspond environ à 500 000 fois la luminosité du Soleil. On ne connaît pas la raison de ce phénomène.

Hypergéante jaune

Une hypergéante jaune est une étoile massive à l'atmosphère étendue et de classe spectrale variant de la fin de la classe A jusqu'au début de la classe K sur le diagramme Hertzsprung-Russell (HR). Sa masse initiale équivaut à 20 à 50 masses solaires, mais à ce stade, elle a pu perdre jusqu'à la moitié de cette masse2. Jusqu'ici, seule une poignée d'entre elles sont répertoriées dans notre galaxie.Parfois appelées hypergéantes froides en comparaison avec les étoiles faisant partie des classes O et B, et parfois hypergéantes tièdes en comparaison avec les supergéantes rouges, les hypergéantes jaunes comptent parmi les étoiles les plus lumineuses jamais observées, avec une magnitude absolue (MV) se situant aux environs de -9. Elles sont aussi parmi les étoiles les plus volumineuses et les plus rares.

Évolution

Les hypergéantes jaunes occupent une région du diagramme H-R située au-dessus de la bande d'instabilité, une région où relativement peu d'étoiles se retrouvent. Cette zone est délimitée sur l'échelle des hautes températures par le « vide évolutif jaune » (Yellow Evolutionary Void), un endroit où les étoiles de cette luminosité deviennent extrêmement instables et connaissent une importante perte de masse.

Contrairement aux supergéantes jaunes, qui évolueraient vers les supergéantes rouges, la majorité des hypergéantes jaunes seraient des post-supergéantes rouges en évolution vers le bleu, bien que certaines d'entre elles ne semblent pas entrer dans ce cadre.

Les hypergéantes jaunes sont dynamiquement instables. Ayant une luminosité à peu près constante, leur classe spectrale et leur température varient entre une limite supérieure située à environ 8 000 kelvins (K), ce qui correspond à la limite inférieure pour les éruptions des variables lumineuses bleues (LBV), et une limite inférieure située aux environs de 4 000 K. Cependant, certaines hypergéantes jaunes, telles Rho Cassiopeiae, présentent des variations lentes, irrégulières et de faible amplitude visuelle et, occasionnellement, une augmentation ou une diminution significative de luminosité

Ces étoiles sont rares parce qu'elles passent seulement quelques milliers d'années de leur vie dans la phase instable du « vide jaune », ce qui ne représente qu'un court moment de leur évolution stellaire. Cependant, même en tenant compte de cela, il est difficile d'expliquer le petit nombre d'hypergéantes jaunes observées comparativement aux supergéantes rouges de luminosité comparable. Les supergéantes rouges les plus lumineuses peuvent exécuter des multiples « boucles bleues », perdant beaucoup de leur atmosphère, mais sans pour autant atteindre le stade de supergéante bleue. À l'inverse, les hypergéantes jaunes pourraient être des étoiles plus chaudes masquées par une pseudo-photosphère froide.

Certaines hypergéantes jaunes pourraient devenir des LBV de faibles masse et luminosité, puis des étoiles Wolf-Rayet par la suite. La plupart des hypergéantes jaunes termineraient leur vie en supernova. De récentes observations de supernova par production de paires telles SN 2006gy ont soulevé la question de la possibilité qu'une hypergéante jaune explose directement en supernova. Certaines observations laissent croire que des supergéantes jaunes auraient explosé en supernova, mais aucune d'elles n'était une hypergéante

Structure

Selon les modèles actuels, contrairement à une étoile de type solaire, qui possède un noyau radiatif entouré d'une zone de convection, une hypergéante jaune possèderait un noyau convectif entouré par une zone radiative. En raison de leur luminosité extrême et de leur structure interne, les hypergéantes jaunes perdent énormément de masse et sont généralement entourées par des enveloppes de matière expulsée, telle IRAS 17163-3907, qui a expulsé plusieurs masses solaires de matière en seulement quelques centaines d'années.L'hypergéante jaune pourrait être une phase d'évolution stellaire où les supergéantes rouges les plus lumineuses se déplacent vers le bleu. Cependant, elles pourraient également être un type de LBV en éruption ayant des vents si denses qu'ils forment une pseudo-photosphère, donnant l'impression que l'on observe une étoile plus volumineuse et froide que la supergéante bleue sous-jacente, en grande partie inchangée

Variable lumineuse bleue

En astronomie, une (étoile) variable lumineuse bleue (en anglais, Luminous blue variable (star) : LBV), appelée également (étoile) variable de type S Doradus ou variable de Hubble-Sandage, est une étoile variable hypergéante bleue et très lumineuse. Ces étoiles présentent de lents changements de luminosité, ponctués par des expulsions occasionnelles et importantes de matière (de l'ordre de 10−5 masse solaire par an). Extrêmement rares, elles ont été observées dans la galaxie d'Andromède et furent cataloguées pour la première fois par Edwin Hubble et Allan Sandage en 19531. C'est la raison pour laquelle elles furent longtemps appelées « variables de Hubble-Sandage » avant de prendre leur dénomination actuelle.

Ces étoiles, avec des masses allant jusqu'à 150 fois celle du Soleil, peuvent briller des millions de fois plus que le Soleil et ainsi approcher la limite théorique supérieure des masses stellaires. Si elles étaient encore plus massives, la gravité serait insuffisante pour contrebalancer la pression de radiation et elles se disloqueraient. Elles maintiennent difficilement l'équilibre hydrostatique car leur vent stellaire éjecte constamment de la matière, faisant décroître la masse de l'étoile. Pour cette raison, elles sont habituellement entourées de nébuleuses, créées par ces explosions ; Eta Carinae est l'exemple le plus proche et le mieux étudié. À cause de leur masse élevée et de leur très grande luminosité, leur durée de vie est très courte : quelques millions d'années.

Au début du xxie siècle, les théories estiment que les LBV correspondent à un stade d'évolution des étoiles très massives nécessaire pour évacuer l'excès de masse. Elles peuvent évoluer en étoiles Wolf-Rayet avant de finir en supernova. Si l'étoile ne perd pas assez de masse, elle peut produire une supernova particulièrement violente créée par instabilité de paires.

Retour à la page Les Étoiles