Observation de la structure d'une étoile

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Située à 164.000 années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine en orbite autour de la nôtre, l’étoile WOH G64 intriguait par sa masse, jugée incompatible avec sa température. Le VLTI (Very Large Telescope Interferometer) a permis de résoudre l’énigme.

Avec un diamètre estimé à deux mille fois celui de notre Soleil, WOH G64 se classe parmi les supergéantes rouges, une catégorie d’étoiles massives et âgées. Parce que ces supergéantes ont consommé tout l’hydrogène de leur cœur, la pression de radiation produite jusque-là par les réactions nucléaires ne compense plus la force gravitationnelle et le cœur de l’étoile s’effondre lentement. Cette contraction dégage une importante quantité d’énergie qui provoque l’expansion de l’enveloppe extérieure de l’astre, dont le rayon augmente considérablement. La température de surface décroît alors car l'énergie est désormais distribuée sur une plus grande surface, et l’étoile s’assombrit, virant au rouge.

Mais WOH G64 représentait un cas atypique. Sa luminosité très élevée (500.000 fois celle du soleil) et sa masse de 40 fois celle du Soleil semblaient incompatibles avec la température très basse (3.200 K) suggérée par les mesures spectroscopiques. Aux yeux des astrophysiciens, WOH G64 ne pouvait tout simplement pas exister !

En utilisant deux des quatre télescopes de 8,2 mètres de diamètre du VLT montés en interféromètre, ce qui produit un instrument virtuel de 60 mètres de diamètre, une équipe de chercheurs du Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR) à Bonn (Allemagne) et de l’European Southern Observatory (ESO) à Garching (Allemagne) a réussi à résoudre spatialement WOH G64. Leurs résultats viennent d'être publiés dans Astronomy & Astrophysics.


Position de WOH G64 dans le Grand Nuage de Magellan, sur une image du télescope spatial Spitzer. © ESO

Ces astronomes ont démontré que les gaz et la poussière entourant l’étoile s'organisent en un anneau épais et non d’une enveloppe sphérique, comme on le pensait. En conséquence, l’étoile est pour nous moins assombrie que prévu, ce qui permet de réduire l’estimation de sa luminosité intrinsèque d’un facteur deux. WOH G64 brille seulement comme 280.000 soleils...
L'étoile énigmatique a également subi une énergique cure d'amaigrissement à la lumière de ces nouvelles observations puisque les astronomes estiment désormais sa masse à 25 fois celle du Soleil, une valeur qui colle bien mieux avec les modèles d'évolution stellaire. Elle a déjà éjecté de 10 à 40% de sa masse sous forme de gaz et de poussière, et se dirige ainsi en droite ligne vers son destin de supernova.

Les dimensions de cette supergéante sont telles que, placée au centre de notre Système solaire, sa surface atteindrait l’orbite de Saturne. La limite intérieure du tore qui l’entoure se situe à 120 UA (Unités astronomiques), soit 18 milliards de kilomètres, tandis que le diamètre de ce tore, avec 60.000 UA, est proche d’une année-lumière.

WOH G64 conserve une partie de ses mystères car, même après les corrections sur sa masse et sa luminosité, sa température reste encore trop froide pour la théorie. Elle doit encore détenir des caractéristiques méconnues. Son avenir, lui, est relativement prévisible. Il est sombre et lumineux à la fois… Les astronomes estiment que lorsque WOH G64 explosera en supernova, d’ici un à dix millénaires, elle deviendra aussi lumineuse que la galaxie qui la contient et sera visible à l’œil nu depuis la Terre. L’explosion répandra au loin toute la matière qui la compose, celle-ci servant ultérieurement de matériau de construction pour les étoiles des générations suivantes.