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Les étoiles variables

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Depuis des temps immémoriaux l'étoile β (bêta) Persei bénéficie d'une réputation sulfureuse. Les hébreux l'appelaient Rosh ha Satan, la "Tête de Satan" ; quant aux chinois ils lui avaient donné le nom plus hautement poétique de Tseih She, le "Tas de cadavres". Cette funeste renommée est vraisemblablement due à ses variations de luminosité, comportement inhabituel remarqué depuis la plus haute Antiquité. Son nom actuel : Algol, vient de l'arabe Ra's al Ghul, la "Tête du démon".

Un dogme mis à mal !


En Europe, cette variation d'éclat ne fut véritablement remarquée que vers 1670, depuis Bologne (Italie), par Geminiano MONTANARI et confirmée ensuite par Jacopo Filipo MARALDI. Mais il faudra attendre 1782 pour qu'un jeune astronome amateur anglais de 19 ans (certainement non imprégné par le dogme aristotélicien de l'incorruptibilité des cieux et stimulé par la découverte récente de la planète Uranus) s'intéresse de plus près à cette variation et lui trouve une régularité de 2 jours 20 heures 49 minutes.
Sourd de naissance, il parvint cependant à faire annoncer, le 15 mai 1783, devant les membres de la Royal Society que la périodicité d'Algol ne pouvait s'expliquer que par l'éclipse mutuelle de deux étoiles. Ce scénario parut invraisemblable à l'époque et ce malgré l'hypothèse de Christian MAYER, en 1776, de l'existence des étoiles doubles tournant "l'une autour de l'autre".

C'est ce même astronome amateur, John GOODRICKE, qui remarqua la variation de luminosité de l'étoile δ (delta) Cephei. Il fut également intrigué par la régularité de ces variations, dont il mesurait l'amplitude en comparant sa magnitude avec celle d'étoiles voisines. Il passa ainsi toutes les nuits exploitables derrière ses oculaires, répétant les mesures plusieurs fois par nuit, et ce durant plusieurs mois.
Malheureusement, le comté d'York n'est pas de bonne réputation en ce qui concerne ses "fraîcheurs" nocturnes. Celles-ci eurent très vite raison de la résistance de ce pauvre garçon qui succomba à une broncho-pneumonie alors qu'il n'avait pas encore 22 ans.
GOODRICKE interpréta la variabilité de δ Cephei par l'apparition de taches sombres à la surface de l'étoile, phénomène qu'il considéra analogue à celui observable sur notre Soleil, mais en plus accentué.
Si son interprétation de la variabilité d'Algol était intuitivement la bonne, il s'était redoutablement trompé sur l'origine de celle de δ Cephei. Cependant, reconnaissons lui le mérite d'avoir porté l'intérêt de la communauté astronomique sur une nouvelle classe d'objets célestes pleine de promesses : les étoiles variables.

Courbe de luminosité de δ Cep.
Schéma de la courbe de luminosité de δ Cep en fonction du rayon et de la température.

Nomenclature des étoiles variables
Les étoiles variables sont désignées, dans l'ordre de leur découverte, par le nom de leur constellation précédé d'une ou deux lettres : la première étant R, puis S, T, ..., Z, RR, RS, ..., RZ, AA, ..., AZ, BB, ..., BZ, CC, ..., QZ. Cette méthode porte à 334 le nombre d'appellations possibles par constellation.
Si le nombre d'étoiles variables d'une constellation dépasse 334, les suivantes sont désignées, toujours par ordre chronologique de découverte, par la lettre V suivie de 335, 336, ..., etc. Cette classification, beaucoup plus simple, n'a pas été utilisée de prime abord car les astronomes étaient loin de penser qu'elles seraient aussi nombreuses.
Les novæ sont également classées selon le même système.
Les étoiles déjà désignées par une lettre grecque conservent cette appellation, exemple : β Lyræ ou δ Cephei.

Vraies ou fausses variables ?


Tout au long de son existence une étoile connaît une évolution plus ou moins rapide de ses différents paramètres : son type spectral (couleur), son diamètre et sa luminosité varient au cours du temps.
Ces variations s'effectuent à une échelle de temps de l'ordre de quelques millions à plusieurs milliards d'années et, bien que la patience soit l'une des particularités de l'astronome, elles ne peuvent être directement observées !
Mais il existe tout un ensemble d'étoiles qui montrent des variations importantes et rapides de leur luminosité.

La variation de la magnitude en fonction du temps permet de tracer une courbe de lumière caractéristique des différents types de variables.
Plus de 20 000 étoiles variables sont aujourd'hui répertoriées, mais les phénomènes à l'origine de leurs changements d'éclat sont multiples.
Il est possible de les scinder en deux grandes catégories :

  • Variation de luminosité intrinsèque, donc directement reliée aux modifications physiques de l'étoile.
  • Variation de luminosité extrinsèque, car indépendante des conditions physiques de l'étoile.
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