Rencontrez Delta Cephei, une célèbre étoile variable

Comme des lumières dans un tunnel sombre, les étoiles de l'univers lointain deviennent plus pâles à mesure qu'elles s'éloignent. Puisqu'elles pulsent à une vitesse corrélée à leurs propres luminances intrinsèques, les étoiles variables céphéides révèlent leurs propres distances réelles. Image via Le dernier mot sur rien

Au coin sud-est de la constellation Céphée le Roi, en forme de maison, se trouve une intrigante étoile variable appelée Delta Cephei. Avec une précision semblable à celle d’une horloge, cette étoile plutôt faible double la luminosité, s’efface au minimum puis double la luminosité tous les 5, 36 jours. Vous pouvez le voir changer sur une période de plusieurs jours. Tout le cycle est visible à l'œil nu dans un ciel assez sombre. Cette étoile et d’autres semblables ont obtenu la place de bougies standards importantes pour établir l’échelle de la galaxie et de l’univers.

Le Delta Cephei lui-même occupe une place importante dans l'histoire de l'astronomie. Une classe entière d'étoiles supergéantes, appelées variables Céphéides, porte son nom.

Comme Delta Cephei, les étoiles variables de Céphéides changent de manière fiable de brillance sur des intervalles réguliers. La période de temps peut varier d'environ un à 100 jours, en fonction de la luminosité ou de la luminosité intrinsèque de l'étoile. Les astronomes ont appris que - plus le cycle est long - plus la luminosité intrinsèque de l'étoile est grande. Cette connaissance est un outil puissant en astronomie permettant de sonder des distances à travers un vaste espace.

Ce graphique - mesurant les variations de luminosité dans le temps - est ce que les astronomes appellent une courbe de lumière. Il s’agit de la courbe de lumière de Delta Cephei, qui, tout comme une horloge fine, double en luminosité puis s’efface de nouveau tous les 5.366341 jours.

Comment les étoiles variables Céphéides aident-elles à mesurer les distances cosmiques? Parce que Delta Cephei et les autres étoiles de sa classe varient de manière très fiable - et parce que le cycle de leur changement de luminosité est étroitement lié à leur luminosité intrinsèque - ces étoiles peuvent être utilisées pour mesurer des distances dans l'espace. Les astronomes appellent des objets qui peuvent être utilisés de cette manière des bougies standard .

Comment ça marche? Premièrement, les astronomes mesurent soigneusement les taux de pulsations de ces étoiles. Malheureusement, les distances à très peu, voire aucune, des étoiles variables céphéides sont suffisamment proches pour pouvoir être mesurées directement par la parallaxe stellaire. Cependant, les distances approximatives des variables de Céphéides dans des amas d'étoiles relativement proches ont été déterminées indirectement par la méthode spectroscopique (parfois appelée par la parallaxe spectroscopique abusive ). Après avoir vu palpiter de nombreuses variables de Céphéides - et connaissant leurs distances approximatives par la méthode spectroscopique -, ils savent à quel point une variable de Céphéide d’une luminosité intrinsèque donnée doit être brillante à une distance donnée de la Terre.

Forts de cette connaissance, les astronomes observent les pulsations de cette classe d'étoiles dans un espace lointain. Ils peuvent déduire la luminosité intrinsèque des étoiles à cause de leur taux de pulsation. Ensuite, ils peuvent déduire les distances par rapport à des étoiles plus éloignées par leur magnitude apparente. La lumière diminuant selon la loi des carrés inversés, les astronomes savent qu’une étoile d’une luminosité donnée (luminosité intrinsèque) apparaîtrait comme 1 / 16ème aussi brillante à quatre fois la distance, 1 / 64ème comme brillante à huit fois la distance ou 1 / 100ème plus brillante. à 10 fois la distance.

Pourquoi ces étoiles ont-elles une luminosité variable, au fait? On pense que les variations sont des pulsations réelles lorsque l’étoile elle-même se dilate puis se contracte.

Les étoiles variables Céphéides peuvent être observées jusqu'à une distance de 20 millions d'années-lumière. La galaxie la plus proche se trouve à environ 2 millions d'années-lumière - et la plus éloignée, à des milliards d'années-lumière. Donc, ces étoiles ne vous mènent pas loin dans la mesure des distances à travers l'espace. Pourtant, depuis que les astronomes ont appris les secrets de leur pulsation, ces étoiles ont été vitales pour l'astronomie.

L'astronome Henrietta Leavitt découvrit les variables Céphéides en 1912. En 1923, l'astronome Edwin Hubble utilisa des étoiles variables Céphéides pour déterminer que la nébuleuse d'Andromède était en réalité une galaxie géante située au-delà des limites de notre Voie Lactée. Cette connaissance nous a libérés des confins d'une seule galaxie et nous a donné le vaste univers que nous connaissons aujourd'hui.

Emplacement de l'étoile Delta Cephei dans la constellation de Cepheus.

Comment puis-je repérer Delta Cephei dans le ciel nocturne? Cette étoile est circumpolaire - toujours au-dessus de l’horizon - dans la moitié nord des États-Unis.

Malgré tout, il est beaucoup plus facile de voir cette étoile lorsqu'elle est haute dans le ciel septentrional les soirées d'automne et d'hiver. Vous pouvez trouver Cepheus par le biais de la Grande Ourse. Tout d’abord, utilisez les «étoiles à index» de la Grande Ourse pour localiser Polaris, l’étoile polaire. Sautez ensuite au-delà de Polaris par un poing pour atterrir sur Cepheus.

Vous verrez la constellation de Cepheus le Roi proche de son épouse, Cassiopée la Reine, sa signature d'étoiles en forme de W ou de M faisant d'elle la plus brillante des deux constellations. Ils sont haut dans votre ciel nordique les soirs de novembre et décembre.

Carte de l'Union astronomique internationale montrant la constellation de Cepheus.

Comment puis-je regarder la luminosité de Delta Cephei varier? La vraie réponse à cette question est: temps et patience. Epsilon Cephei et Zeta Cephei, deux étoiles logées près du Delta Cephei sur le dôme du ciel, correspondent aux hauts et aux bas de l'échelle de luminosité du Delta Cephei. Cela devrait vous aider à observer le changement de Delta Cephei.

Regardez donc les cartes ci-dessus et localisez les étoiles Epsilon et Zeta Cephei. À son plus bas niveau, Delta Cephei est aussi sombre que l'étoile la plus faible, Epsilon Cephei. Delta Cephei, à son plus brillant, correspond à la luminosité de l'étoile plus brillante, Zeta Cephei.

S'amuser!

En résumé: l’étoile Delta Cephei s’illumine et s’efface avec une précision horlogère tous les 5, 36 jours. Le taux de changement de luminosité est lié à la luminosité intrinsèque de l'étoile. C’est ainsi que toute une classe d’étoiles du Delta Cephei, appelées étoiles variables Céphéides, aide les astronomes à mesurer les distances.