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

Qu’est-ce qu’une Etoile Variable ? Définition: Etoile dont l’éclat varie au cours du temps 2 caractéristiques : 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)

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

Rappel : la magnitude m Etoile = astre lumineux caractérisé par son éclat E Historiquement Hipparque a classé les étoiles selon leur éclat visuel en 6 ‘’grandeurs’’ Norman Pogson (1856) : grandeur  magnitude Définition de la magnitude : m= -2,5 log E La magnitude diminue si l’éclat augmente  m1 – m2 = -2,5 log (E2/E1) Une différence de 1 magnitude entre 2 étoiles correspond à un rapport d’éclat (E2/E1) égal à 2,5 Etoile Etalon = Vega  on pose Eclat Vega = 1 d’où m Vega = 0 magnitude -2 -1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 Eclat 6,2 2,5 1 0,4 0,16 0,064 0,026 0,010 0,004 1ère grandeur 6 éme grandeur

Compléments magnitudes Un œil perçant dans de trés bonnes conditions : mv =7 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) Avec un instrument

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

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

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

Le Diagramme HR et le positionnement des Etoiles Variables Annie Cannon (Harem de Pickering) :  O B A F G K M 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)

Des variables très spéciales : les Novae et Supernovae Les Novae : système binaire ‘’naine blanche/géante rouge’’  la naine blanche absorbe les couches extérieures de la géante rouge jusqu’à l’ explosion 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

Nova Delphini-Aout 2013

Supernova M82-11,5 millions d’AL Fev/Mars 2014 Photo H Levert

Intérêt des Etoiles Variables Connaissance des processus de vie des Etoiles (début et fin de vie) Etalons de distance pour sonder l’Univers :chandelles standards (sorte de bornes kilométriques)  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) T Tauri T Tauri

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 V335… Repérage sur cartes : un cercle plus ou moins grand suivant la magnitude max Carte PSA n° 63

Les cartes spécifiques ‘’Etoiles variables’’ 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.

Focus sur certaines Etoiles Variables On va se focaliser sur 4 étoiles variables : Pour se faire la main car visibles durant l’Automne / Hiver Algol-Beta Persée : prototype des Algolides Delta Céphée : prototype des Céphéides Omicron Baleine : prototype des Mira 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

Algol: Beta Persei Algol : -de l’arabe Rais Al Guhl = (la tête du Démon) - chez les Grecs, représente la Tête 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 [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- La Gorgone Méduse Lilith La Constellation de Persée

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 # 2h à son minimum

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

Delta Céphée: la plus connue des EV  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’’] 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 T=6700 °K)et spectre G au mini T= 5300 K] Prototype des variables pulsantes à courte période : les Céphéides (Polaris est une Céphéide (Δm=0,11 en 4 j ) J Goodricke Constellation de Céphée

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

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 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 H Leavitt

1923:Hubble, la Nébuleuse et la Céphéide 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 M31 se trouve à 2,4 millions d’al donc en dehors de notre Galaxie Hubble vient de démontrer l’existence des galaxies ! m app = 19,6 Période 42 j

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

Omicron Ceti- Mira 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 Courbe de lumière Prochain maxi = 25 janvier 2018

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

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

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