En utilisant les capacités interférométriques du VLTI, des chercheurs de l’Observatoire de la Côte d’Azur ont découvert un système unique. Ce système, appelé HR 5171 A, est composé d’une hypergéante dont le rayon est plus étendu que l’orbite de Jupiter, et d’un compagnon moins massif orbitant dans les couches supérieures de l’atmosphère de celle-ci, créant une déformation importante. Une équipe internationale dirigée par le Dr Olivier Chesneau a été réunie pour étudier l’historique de ce système exceptionnel.

L’étoile HR 5171 A a été observée avec l’instrument AMBER installé au foyer du Very Large Telescope interferometer au Chili et qui permet de combiner simultanément la lumière infrarouge issue de trois des huit télescopes de cette installation. La première surprise a été la mesure du rayon de l’étoile, 1360 ± 250 rayons solaires, soit plus grand que l’orbite de Jupiter. A titre de comparaison, le rayon de cette étoile rivalise ou dépasse celui de supergéantes rouges, supposées être les étoiles les plus grandes connues comme VY CMa (1420 ± 120 Rsol*). Le rayon d’HR 5171 A est ainsi 50% plus étendu que celui de Betelgeuse (885 ± 90 Rsol*).

De plus, l’étude menée avec l’instrument AMBER1 a également mis à jour la clé du mystère de cette hypergéante jaune en révélant la présence d’un compagnon contribuant à environ 10% du flux transitant devant le limbe de cette étoile. Cette configuration est exceptionnelle car le compagnon doit périodiquement éclipser et être éclipsé par l’hypergéante. Cette découverte a motivé une analyse complète de toutes les archives disponibles sur cette étoile peu étudiée de l’hémisphère sud. Plus de 60 ans de données photométriques venant de sources aussi diverses que des instruments de l’ESO, du satellite Hipparcos, des archives sud-africaines, du télescope automatique ASAS ou d’observations réalisées par des d’amateurs confirmés ont ainsi été fouillées et analysées. Ces données ont permis de confirmer la nature binaire de HR5171 A et de mesurer précisément la période du système, 1304 jours afin d’évaluer sa masse totale actuelle à environ 39 masses solaires2. De plus, l’étude des éclipses primaires et secondaires a permis de confirmer que les deux étoiles sont en contact et que la surface de l’hypergéante est fortement déformée sous l’influence de son compagnon de plus faible masse (moins d’un dixième de la masse de l’hypergéante). Ainsi le système prend l’apparence d’une ‘cacahuète’ géante (voir Fig.) suivant le potentiel gravitationnel déformé des deux étoiles.3

Cette unique compilation de données permet de mettre en perspective le passé et futur de ce système. Pendant la vie adulte des deux étoiles, celles-ci étaient séparées et n’interagissaient pas. Comme pour l’ensemble des étoiles de l’Univers, la plus massive a commencé à grossir rapidement (quelques millions d’années) après avoir utilisé l’ensemble de l’hydrogène présent dans son cœur, devenant une supergéante d’abord bleue, puis jaune. En moins de 40 ans, le rayon de cette hypergéante a presque doublé, et les couches supérieures de son atmosphère ont ainsi atteint l’orbite de son compagnon. Il est difficile de savoir comment le compagnon interagit avec l’enveloppe de l’hypergéante, mais des observations coronographiques (permettant de cacher le centre du système et de révéler ainsi son environnement proche), montrent une grande quantité de matière autour du système, éjectée il y a moins de mille ans.

Le compagnon orbite actuellement au sein d’une atmosphère extrêmement instable, et peut contribuer à éjecter une partie significative de l’enveloppe. De plus, son énergie orbitale peut être transférée à la couche convective, contribuant à accélérer l’étoile massive. Ce système exceptionnel va être étudiée plus régulièrement dorénavant pour mieux comprendre sa rapide évolution.

* Rsol : rayon du soleil (unité de mesure de nos rayons).

(a) Vue d’artiste du système HR 5171A. Les échelles sont données en millisecondes d’arc (mas) et en unités astronomiques (AU).
(b) Image obtenue à partir de l’analyse des données interférométriques de l’instrument VLTI/AMBER : étoile de rayon 6.3AU, compagnon non-résolu situé à une distance projeté du centre de l’étoile de 5.15AU, et environnement circumstellaire étendu.
(c) Variations photométriques cycliques dues aux éclipses successives de la primaire et de la secondaire. Les différentes phases sont illustrées par des images « fil-de fer » du système.
(d) Image coronographique de l’environnement d’HR5171A obtenue avec l’instrument GEMINI/NICI. La coronographie permet de masquer la lumière de l’étoile au centre de l’image, et de révéler ainsi la présence d’un environnement circumstellaire s’étendant sur 6480 AU (1.8 seconde d’arc).

Notes

1 http://www.insu.cnrs.fr/univers/observer-modeliser/observations-sol/vlt/vlti-dans-l-intimite-des-etoiles-grace-a-amber
2 Grâce à la fameuse 3e loi de Kepler
3 http://www.cosmovisions.com/lobedeRoche.htm

Contact

Olivier Chesneau
Laboratoire Lagrange, UMR7293, Univ. Nice Sophia-Antipolis, CNRS, Observatoire de la Côte d’Azur, 06300 Nice, France

Tél. : +33 (0)4 92 00 19 79
Fax : +33 (0)4 92 00 30 33
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Référence

O. Chesneau, A. Meilland, E. Chapellier, F. Millour, A.M. Van Genderen, Y. Nazé, N. Smith, A. Spang, J.V. Smoker, L. Dessart, S. Kanaan, Ph. Bendjoya, M.W. Feast, J.H. Groh, A. Lobel, N. Nardetto, S. Otero, R.D. Oudmajer, A.G. Tekola, P.A. Whitelock, C. Arcos, M. Curé, L. Vanzi ; The Yellow Hypergiant HR 5171 A : Resolving a massive interacting binary in the common envelope phase, A&A, in press (available on http://de.arxiv.org/abs/1401.2628)