À quoi ressemblent les étoiles hypergéantes?

L'univers est rempli d'étoiles de toutes tailles et de tous types. Les plus grands sont appelés "hypergiants", et ils éclipsent notre petit Soleil. Non seulement cela, mais certains d'entre eux peuvent être vraiment étranges.

Les hypergiants sont extrêmement brillants et remplis de suffisamment de matière pour faire un million d'étoiles comme la nôtre. Quand ils sont nés, ils absorbent tout le matériel "starbirth" disponible dans la région et vivent leur vie vite et chaud. Les hypergiants naissent par le même processus que les autres étoiles et brillent de la même manière, mais au-delà, ils sont très, très différents de leurs frères et sœurs plus petits. 

En savoir plus sur les hypergiants

Les étoiles hypergéantes ont d'abord été identifiées séparément des autres supergéantes car elles sont nettement plus lumineuses; c'est-à-dire qu'ils ont une luminosité plus grande que les autres. Des études de leur flux lumineux montrent également que ces étoiles perdent de la masse très rapidement. Cette "perte de masse" est une caractéristique qui définit une hypergéante. Les autres incluent leurs températures (très élevées) et leurs masses (jusqu'à plusieurs fois la masse du Soleil).

Création d'étoiles hypergéantes

Toutes les étoiles se forment dans des nuages ​​de gaz et de poussière, quelle que soit leur taille. C'est un processus qui prend des millions d'années, et finalement l'étoile "s'allume" lorsqu'elle commence à fondre de l'hydrogène dans son cœur. C'est alors qu'il passe à une période de son évolution appelée la séquence principale. Ce terme fait référence à un tableau de l'évolution stellaire que les astronomes utilisent pour comprendre la vie d'une étoile.

Toutes les étoiles passent la majorité de leur vie sur la séquence principale, fusionnant régulièrement l'hydrogène. Plus une étoile est grande et massive, plus elle utilise rapidement son carburant. Une fois que le carburant hydrogène dans le noyau d'une étoile a disparu, l'étoile quitte essentiellement la séquence principale et évolue vers un "type" différent. Cela se produit avec toutes les étoiles. La grande différence survient à la fin de la vie d'une star. Et cela dépend de sa masse. Des étoiles comme le Soleil finissent leur vie en tant que nébuleuses planétaires et expulsent leurs masses dans l'espace dans des obus de gaz et de poussière.

Quand nous arrivons aux hypergéantes et à leur vie, les choses deviennent vraiment intéressantes. Leurs morts peuvent être des catastrophes assez impressionnantes. Une fois que ces étoiles de grande masse ont épuisé leur hydrogène, elles se développent pour devenir des étoiles supergéantes beaucoup plus grandes. Le Soleil fera en fait la même chose à l'avenir, mais à une échelle beaucoup plus petite.

Les choses changent aussi à l'intérieur de ces étoiles. L'expansion est causée lorsque l'étoile commence à fusionner l'hélium en carbone et en oxygène. Cela chauffe l'intérieur de l'étoile, ce qui finit par faire gonfler l'extérieur. Ce processus les aide à éviter de s'effondrer sur eux-mêmes, même lorsqu'ils se réchauffent.

Au stade supergéant, une étoile oscille entre plusieurs états. Ce sera une supergéante rouge pendant un certain temps, puis quand il commencera à fusionner d'autres éléments dans son noyau, il pourra devenir une supergéante bleue. Entre une telle étoile peut également apparaître comme une supergéante jaune lors de sa transition. Les différentes couleurs sont dues au fait que l'étoile gonfle de taille à des centaines de fois le rayon de notre Soleil dans la phase supergéante rouge, à moins de 25 rayons solaires dans la phase supergéante bleue.

Dans ces phases supergéantes, ces étoiles perdent de la masse assez rapidement et sont donc assez brillantes. Certains supergiants sont plus brillants que prévu et les astronomes les ont étudiés plus en profondeur. Il s'avère que les hypergiantes sont parmi les étoiles les plus massives jamais mesurées et leur processus de vieillissement est beaucoup plus exagéré. 

C'est l'idée de base derrière la façon dont un hypergéant vieillit. Le processus le plus intense est subi par des étoiles qui représentent plus de cent fois la masse de notre Soleil. Le plus grand est plus de 265 fois sa masse et incroyablement brillant. Leur luminosité et d'autres caractéristiques ont conduit les astronomes à donner à ces étoiles gonflées une nouvelle classification: hypergéantes. Ce sont essentiellement des supergéantes (rouges, jaunes ou bleues) qui ont une masse très élevée, ainsi que des taux de perte de masse élevés.

Détailler les derniers affres de la mort d'hypergiants

En raison de leur masse et de leur luminosité élevées, les hypergiantes ne vivent que quelques millions d'années. C'est une durée de vie assez courte pour une star. En comparaison, le Soleil vivra environ 10 milliards d'années. Leur courte durée de vie signifie qu'ils passent très rapidement des bébés étoiles à la fusion de l'hydrogène, ils épuisent leur hydrogène assez rapidement et entrent dans la phase supergéante bien avant leurs frères et sœurs stellaires plus petits, moins massifs et, ironiquement, plus vivants (comme le Soleil).

Finalement, le noyau de l'hypergiant fusionnera des éléments de plus en plus lourds jusqu'à ce que le noyau soit principalement en fer. À ce stade, il faut plus d'énergie pour fusionner le fer en un élément plus lourd que le noyau ne dispose. La fusion s'arrête. Les températures et les pressions dans le noyau qui maintenaient le reste de l'étoile dans ce qu'on appelle «l'équilibre hydrostatique» (en d'autres termes, la pression extérieure du noyau repoussée contre la forte gravité des couches au-dessus) ne sont plus suffisantes pour maintenir la le reste de l'étoile de s'effondrer sur lui-même. Cet équilibre a disparu, et cela signifie qu'il est temps de catastrophe dans l'étoile.

Ce qui se produit? Il s'effondre, de façon catastrophique. Les couches supérieures qui s'effondrent entrent en collision avec le noyau, qui se dilate. Tout rebondit ensuite. C'est ce que nous voyons quand une supernova explose. Dans le cas de l'hypergiant, la mort catastrophique n'est pas seulement une supernova. Ça va être une hypernova. En fait, certains théorisent qu'au lieu d'une supernova de type II typique, quelque chose appelé une rafale de rayons gamma (GRB) se produirait. C'est une explosion incroyablement forte, explosant l'espace environnant avec des quantités incroyables de débris stellaires et un fort rayonnement. 

Qu'est-ce qui reste? Le résultat le plus probable d'une telle explosion catastrophique sera soit un trou noir, soit une étoile à neutrons ou un magnétar, tous entourés d'une coquille de débris en expansion sur de nombreuses années-lumière. C'est la fin ultime et étrange pour une star qui vit vite, meurt jeune: elle laisse derrière elle une magnifique scène de destruction.

Sous la direction de Carolyn Collins Petersen.