Une céphéide est une étoile variable, géante ou supergéante jaune, de 4 à 15 fois plus massive que le Soleil et de 100 à 30 000 fois plus lumineuse, dont l'éclat varie de 0,1 à 2 magnitudes selon une période bien définie, comprise entre 1 et 135 jours, d'où elle tire son nom d'étoile variable. Elles ont été nommées d'après le prototype que constitue l'étoile δ de la constellation de Céphée. L'Étoile polaire est une céphéide (du moins jusqu'en 1994 où il est apparu que son éclat était devenu stable, sans explication à ce changement...).
Les céphéides jouent un rôle très important comme étalons des échelles de distance dans l'Univers, grâce à la relation période-luminosité qui les caractérise : plus une céphéide est lumineuse, plus sa période de variation d'éclat est longue. Dès lors que l'on connaît la période d'une céphéide, aisément mesurable, la relation période-luminosité permet de déterminer l'éclat intrinsèque de cette étoile. Par une simple comparaison avec son éclat apparent, on en déduit sa distance, et donc celle de la galaxie qui l'abrite.
Cependant, mesurer la distance par rapport à des objets éloignés dans l’espace reste difficile : nous ne connaissons même pas la distance précise qui nous sépare de nos voisins les plus proches de l'univers, les Petits et Grands Nuages de Magellan. Si un type d’outil de mesure des distances est donc une étoile variable céphéide dont la luminosité varie selon un motif bien défini, nous ne savons cependant pas grand-chose de leurs propriétés physiques, ce qui rend plus difficile leur utilisation comme marqueurs précis de distance.
Trouver leurs propriétés physiques serait plus facile s’il existait des binaires céphéides que nous pourrions étudier, mais les astronomes n’en ont trouvé qu’une seule jusqu’à présent. Jusqu'à ce qu'un article récent rédigé par des chercheurs d'Europe, des États-Unis et du Chili montre les mesures de neuf systèmes binaires supplémentaires de Céphéides, suffisamment pour que nous puissions commencer à comprendre les statistiques de ces marqueurs de distance utiles.
Comme les étoiles traditionnelles, les systèmes binaires de Céphéides résultent de l’orbite de deux étoiles l’une autour de l’autre. Dans ce cas, ces deux étoiles doivent être des Céphéides, ce qui signifie qu’elles sont massives par rapport à notre soleil et beaucoup plus brillantes. De plus, leur luminosité doit varier de manière reproductible afin que nous puissions la suivre de manière cohérente.
Toutes ces caractéristiques peuvent varier considérablement si la luminosité de deux étoiles change, mais à des rythmes et des phases différents l’une autour de l’autre. Il est difficile de déterminer quelle étoile croît, laquelle décroît et dans quelle direction elle se déplace, à la fois par rapport à nous et par rapport aux autres. De longues périodes d’observation sont nécessaires pour corriger certaines de ces variables, et c’est précisément ce que décrit le nouvel article.
Les chercheurs ont examiné neuf ensembles de Céphéides considérées comme des systèmes binaires, mais qui n'avaient pas encore été confirmés en raison de la difficulté de séparer les deux étoiles l'une de l'autre. Ils ont extrait des données de la base de données Optical Gravitational Lensing Experiment (OGLE), un projet d’observation d’étoiles variables mené par l’université de Varsovie depuis plus de 30 ans. Ce faisant, ils ont pu confirmer, pour la première fois, que chacun de ces binaires suspectés contenait deux étoiles distinctes.
Ces neuf systèmes binaires étaient situés dans le Petit et Grand Nuage de Magellan et dans la Voie Lactée. Celui situé dans la Voie Lactée est de loin le plus proche, à seulement 11 kiloparsecs (environ 3 000 années-lumière). Les chercheurs ont également eu de la chance en raison de la longueur des périodes orbitales des binaires qu’ils ont étudiés : la plupart duraient plus de cinq ans, et un ensemble de données d’observation plus court n’aurait peut-être pas pu les capturer.
Comprendre comment ces systèmes existent et où ils se trouvent n’est que la première étape. Les utiliser pour une science plus utile est la prochaine étape. Le moyen le plus évident d’y parvenir est d’améliorer notre compréhension des Céphéides.
Bien qu’il s’agisse de l’un des marqueurs de distance les plus couramment utilisés dans l’univers, nous en savons étonnamment peu sur leur formation, leur composition ou leur cycle de vie. Étudier de près un système binaire, dans lequel les étoiles interagissent, pourrait aider à faire la lumière (au sens figuré dans ce sens) sur certaines de ces propriétés.
Comme le soulignent les auteurs dans leur article, cela fait partie d’un projet en cours à long terme : ils faisaient également partie de l’équipe qui a confirmé le système binaire Cepheid original en 2014.
OGLE continue de collecter davantage de données, tout comme d'autres relevés du ciel, et il existe probablement davantage de binaires Céphéides. Chaque nouvelle découverte contribuera à améliorer notre compréhension statistique de ces marqueurs de distance critiques : il nous suffit de prendre le temps de les trouver d’abord.
Plus d'informations : Bogumił Pilecki et al, Céphéides avec compagnons géants. II. Confirmation spectroscopique de neuf nouveaux systèmes binaires à double ligne composés de deux Céphéides, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2403.12390
Fourni par Universe Today
