Introduction aux Etoiles Variables JeanLuc Mainardi Novembre 2017

Introduction aux Etoiles Variables Jean-Luc Mainardi – Novembre 2017 -Albedo 38 1

Qu’est-ce qu’une Etoile Variable ? Ø Définition: Etoile dont l’éclat varie au cours du temps Ø 2 caractéristiques : l l Ø Amplitude du changement d’éclat : Δ m Périodicité éventuelle fonction du temps (en heures ou en jours) Caractérisation par la courbe de lumière (magnitude versus temps) 2

Historique des découvertes Hipparque -125 av JC : apparition d’une étoile dans le Scorpion (il décide de faire son catalogue) Ø Les Dogons et la variabilité de Sirius Ø Les Arabes et Al-Guhl Ø Ø 11 Novembre 1572 : étoile de Tycho Brahé dans Cassiopée Ø David Fabricius -13 Aout 1596 étoile de 3éme grandeur dans la Baleine Ø Goodricke (1782) : périodicité de Beta Persée et de Delta Céphée 3

Rappel : la magnitude m Ø Etoile = astre lumineux caractérisé par son éclat E Historiquement Hipparque a classé les étoiles selon leur éclat visuel en 6 ‘’grandeurs’’ Ø Norman Pogson (1856) : grandeur magnitude Définition de la magnitude : m= -2, 5 log E La magnitude diminue si l’éclat augmente m 1 – m 2 = -2, 5 log (E 2/E 1) Une différence de 1 magnitude entre 2 étoiles correspond à un rapport d’éclat (E 2/E 1) égal à 2, 5 Ø Etoile Etalon = Vega on pose Eclat Vega = 1 d’où m Vega = 0 magnitude -2 -1 0 +1 +2 +3 Eclat 6, 2 2, 5 1 0, 4 0, 16 0, 064 0, 026 0, 010 0, 004 1ère grandeur +4 +5 +6 6 éme grandeur 4

Compléments magnitudes Ø Un œil perçant dans de trés bonnes conditions : mv =7 Avec un instrument Ø Sirius -1, 44 / Canope - 0, 73/ Rigel Kantaurus - 0, 30 / Arcturus -0, 04/ (Vega 0, 06) / Capella 0, 1/ Rigel 0, 2/ Aldebarran 0, 9/ Altair 0, 8/ Deneb 1, 3 / Dubbe 1, 8 / Polaris 2, 0 (41 étoiles de magnitude inférieure à 2) 5

La courbe de lumière = Relation entre Luminosité et Temps La forme de la courbe de lumière va caractériser l’étoile variable 6

La classification des Etoiles Variables 2 grandes Catégories: 1 - Les variations de Luminosité sont dues à un changement des propriétés physiques de l’étoile Variables physiques (intrinsèques) 2 - les variations de luminosité résultent d’une occultation par un autre astre variables géométriques 7

Les principales familles de variables physiques (intrinsèques) Ø Variables Pulsantes : l Type Delta Céphée Céphéides-Période courte l Type RR Lyrae l Type Omicron Ceti Mira-Période Longue l Type T Tauri l Semi-régulière Ø Variables Eruptives : l Type Novae et Supernovae l Type R Couronne Boréale Rcr. B 8

Le Diagramme HR et le positionnement des Etoiles Variables Annie Cannon (Harem de Pickering) : OBAFGKM Diagamme HR (Herzsprung-Russel): Luminosité (magnitude) versus type spectral (température de l’étoile) - Séquence principale : le Soleil - domaine des Géantes et Super géantes : Étoiles en fin de vie Les E V intrisèques sont des étoiles en fin de vie (ou en debut de vie) 9

Des variables très spéciales : les Novae et Supernovae Ø Les Novae : système binaire ‘’naine blanche/géante rouge’’ la naine blanche absorbe les couches extérieures de la géante rouge jusqu’à l’ explosion Ø Les Supernovae : 2 Types de SN : SN I a = explosion thermonucléaire des couches extérieures d’une étoile naine blanche (idem Nova mais beaucoup plus énergétique)-M = - 19, 6 Le maxi dela courbe de lumière est caractéristique SN II = explosion de l’ensemble d’une étoile massive (8 à 10 M solaires) par suite d’effondrement gravitationnel Les courbes de lumière ne présentent pas de périodicité : pic lumineux intense puis extinction progressive 10

Nova Delphini-Aout 2013 11

Supernova M 82 -11, 5 millions d’AL Fev/Mars 2014 Photo H Levert 12

Intérêt des Etoiles Variables Ø Connaissance des processus de vie des Etoiles (début et fin de vie) T Tauri Etalons de distance pour sonder l’Univers : chandelles standards (sorte de bornes kilométriques) Ø la courbe de luminosité des SN I a (Découverte de l’accélération de l’expansion de l’univers) La courbe de luminosité des Céphéides (Découverte des galaxies) 13

L’observation des Etoiles Variables : Nomenclature et Repérage Nomenclature (Argelander) : Par ordre de découverte: séquence R, S, T …Z, RR , RS, RT…RZ puis AA, …AZ, BB. . . (334 combinaisons) et après V 335… Repérage sur cartes : un cercle plus ou moins grand suivant la magnitude max Carte PSA n° 63 14

Les cartes spécifiques ‘’Etoiles variables’’ R Exemple = carte de la variable R Couronne Boréale Le but de ces cartes est le repérage précis de l’étoile variable et le choix des étoiles pour comparaison de magnitude. 15

Focus sur certaines Etoiles Variables On va se focaliser sur 4 étoiles variables : Pour se faire la main car visibles durant l’Automne / Hiver Ø Algol-Beta Persée : prototype des Algolides Ø Delta Céphée : prototype des Céphéides Ø Omicron Baleine : prototype des Mira Ø Chi Cygne : étoile de la famille des Mira Le but est de les localiser et d’estimer leurs magnitudes au moment de la localisation. On ne va pas tracer la courbe de luminosité 16

Algol: Beta Persei Algol : La Gorgone Méduse -de l’arabe Rais Al Guhl = (la tête du Démon) - chez les Grecs, représente la Tête Lilith de la Gorgone Méduse tuée par Persée -d’autres la considèrent comme la représentation de Lilith , la 1ère Femme d’Adam -selon les astrologues, c’est l’étoile la plus néfaste et la plus dangereuse du ciel ? ? Variable de magnitude 2, 1 à 3, 4 - Période = 2, 9 j La Constellation de Persée [variabilité découverte en 1677 par Montanari Période calculée en 1782 par Goodricke] Distance = 63 années-lumière 100 fois la luminosité du Soleil Masse de 3, 5 M solaires -Spectre B 17

Algol = Prototype des Binaires à éclipses Position minimum Carte de comparaison des magnitudes Autres Binaires à Eclipses: Sheliak (Beta Lyrae) W U Ma Epsilon Aurigae (période 27, 1 ans) Courbe de Luminosité de Algol Période =2, 867 jours ( 69 h) Δ m =1, 3 =et reste # 2 h à son minimum 18

Variation de magnitude d’Algol: de 2, 1 à 3, 4 Mirfak ( 590 al) m = 1, 9 Max = 2, 1 min = 3, 4 19

Delta Céphée: la plus connue des EV Delta Céphée : variation découverte par J Goodricke en 1784 Variation magnitude: de 3, 5 à 4, 3 Période = 5, 37 jours [ aussi ED 3, 5 /6, 3 sep = 41’’] J Goodricke La variation est due à des pulsations de l’etoile internes de l’étoile Supergéante : dist= 865 al -5 masses solaire- 42 diamètres solaires -2000 fois la luminosité Sol [ spectre F au maxi Constellation de Céphée T=6700 °K)et spectre G au mini T= 5300 K] Prototype des variables pulsantes à courte périod : les Céphéides (Polaris est une Céphéide (Δm=0, 11 en 4 j ) 20

Delta Céphée - Variation de magnitude : 3, 5 à 4, 3 Δm= 0, 8 - Période= 5 j 8 h et 48 min (5, 37 jours) - Mais courbe asymétrique : augmentation magnitude # 1, 5 j baisse magnitude # 4 j 21

Les Céphéides Henrietta Leavitt ( Harem de Pickering ) : étude des Céphéides du Petit Nuage de Magellan ‘’Plus la Période est longue plus le maximum est lumineux’’ : La Relation Période / Luminosité des Céphéides H Leavitt vient d’être découverte L’Astronome Harlow Shapley ‘’cale’’ la relation de luminosité des Céphéides en magnitude absolue M (étoiles à 10 parsecs) les Céphéides deviennent les plus importantes Chandelles standards On peut calculer la distance d’une étoile grâce à sa luminosité si c’est une céphéide : ( m app – M) = 2, 5. log (D/10)² 22

1923: Hubble, la Nébuleuse et la Céphéide m app = 19, 6 Période 42 j m-M = 2, 5. log (D/10)² Période = 42 j courbe: M absolue = - 4, 8 m -M = 19, 6 -(- 4, 8) = 24, 4 log(D/10)² = 24, 4/2, 5 = 9, 76 (D/10)² =10 9, 76 = 5, 75. 10 9 D/10 =75857, 7 D= 758577 parsecs x 3, 26 = 2, 4 millions d’al La nébuleuse M 31 se trouve à 2, 4 millions d’al donc en dehors de notre Galaxie Hubble vient de démontrer l’existence 23 des galaxies !

Omicron Ceti = Mira Prototype des EV pulsantes à longue Période Menkar m =2, 5 m =4, 8 Alrescha m =3, 9 Deneb Kaitos-Diphda m=2 La Tête de la Baleine Mira à son Maxi 24

Omicron Ceti- Mira Courbe de lumière Prochain maxi = 25 janvier 2018 Variabilité découverte en Aout 1596 par David Fabricius Maxi =3 (et quelquefois 2)-Mini= 10 Période très longue # 331 jours Distance = # 300 al –[Et double] Etoile Géante Rouge en fin de vie (stade avant nébuleuse Planétaire) # 2 masses solaires mais 8000 fois luminosité solaire 25

Chi du Cygne- ( χ Cygni) Photo J Bloede γ Cygni-m= 2, 2 m=3, 1 26

Chi Cygni -( χ Cygni) Variabilité découverte par G Kirch en 1686 Période = 408 j Maxi m = 3, 3/5 -mini m = 11/14 Distance = 553 al Géante Rouge en fin de vie Masse = 2 masses solaires Diametre = 400 diam solaires Luminosité = 9000 luminosités solaires 27

Les Associations de Variabilistes Ø Association Française des Observateurs d’Etoiles Variables (Strasbourg) AFOEV Ø Groupe Européen d’Observation Stellaire (Paris) GEOS Ø American Association of Variable Stars Observers (Cambridge-Massachusetts) A AVSO 28

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