DE L'ASTRONOMIE : céphéides

          Plusieurs lecteurs m'ayant demandé à quoi se rapportait l'intitulé de mon blog, c'est tout à fait volontiers que je fais un point d'information sur ce sujet : les céphéides sont, en effet, des étoiles bien particulières, tant du point de vue astronomique que de celui de l'histoire même de l'astronomie. Et c'est bien pour ces raisons que je les ai choisies...

caractéristiques des céphéides

     Une céphéide est une étoile géante ou supergéante de couleur jaune dont la masse représente entre 4 à 15 fois celle du Soleil tandis qu'elle est de 100 à 30 000 fois plus lumineuse que lui. Sa caractéristique principale est que son éclat varie de manière périodique de 0,1 à 2 magnitudes (cf. glossaire sujet  astronomie et astrologie) selon une période fixe comprise entre 1 et 100 jours. C'est d'ailleurs la raison pour laquelle les céphéides sont également appelées « étoiles variables », le terme céphéide provenant de la première d'entre elles découverte dans la constellation de Céphée.

 
     Une céphéide est une étoile jeune, plus jeune que le Soleil mais aussi plus complexe que lui. Elle doit sa lumière intense à la fusion nucléaire qui, en son centre, transforme l'hélium en carbone (pour mémoire, le Soleil transforme l'hydrogène en hélium). De ce fait, il existe chez une céphéide une alternance de contraction et de dilatation de son enveloppe externe en raison du déséquilibre entretenu par les forces de la gravité et de la pression des gaz. La conséquence en est une variation régulière de la température de surface de l'étoile et donc un changement périodique de sa luminosité. On estime que la période de variation d'éclat de ce type d'étoiles correspond à environ deux fois le temps mis par l'onde de pression pour migrer du centre à la périphérie de l'astre.

 
     En astronomie, la relation entre la période et la luminosité d'une céphéide en ont, en quelque sorte, fait des marqueurs des échelles de distance dans l'Univers. En effet, plus une céphéide est volumineuse et plus le trajet suivi par les ondes lumineuses en son sein sera long ce qui entraîne que plus elle est lumineuse, plus sa période de variation d'éclat sera long. A partir du moment où l'on connaît la période d'une céphéide – ce qui est facilement mesurable – on peut en déduire sa luminosité intrinsèque (réelle) par la relation période-luminosité. Dès lors, il suffit de comparer la luminosité apparente de l'étoile (celle observée à partir de la Terre) à sa luminosité intrinsèque pour obtenir sa distance. Très brillantes, donc visibles de loin, les céphéides sont détectées à présent dans d'autres galaxies que la nôtre jusqu'à des distances de 80 millions d'années-lumière environ grâce au télescope spatial Hubble. Ces déterminations de distances sont essentielles au calcul de la valeur de la constante de Hubble, qui mesure le rythme d'expansion de l'Univers. On comprend donc pourquoi certains astronomes les ont appelées les « balises de l'espace ».

 
     Voilà pour la partie exclusivement explicative du phénomène mais ce n'est pas seulement pour cette caractéristique, fut-elle exemplaire, que j'ai choisi les céphéides : elles témoignent également d'une des avancées les plus importantes en astronomie au siècle dernier.

 histoire de la découverte des céphéides

     Dans les années 1910-1920, une astronome de l'université Harvard, Henrietta Leavitt (1868-1921), remarque la présence de céphéides dans les nuages de Magellan, galaxies naines satellites de la Voie lactée. Elle se rend compte que plus elles sont brillantes, plus leur période de variation est longue. C'est elle qui va établir la relation entre la période de variation et la luminosité apparente de ces astres très particuliers, mesure qui sera pour la première fois réalisée en 1916 par son collègue Harlow Shapley (1885-1972). Par la suite, cette découverte viendra conforter les travaux d'Edwin Hubble (1889-1953), le premier à avoir compris, en 1924 et grâce au nouveau télescope du Mont Wilson, que les « nébuleuses » que l'on croyait jusqu'alors faisant partie de notre galaxie lui sont en réalité extérieures. Il pourra ensuite formuler sa fameuse « loi de Hubble », à l'origine du concept de l'expansion de l'Univers.

un exemple de l'intelligence humaine

     La découverte des céphéides m'a semblé être exemplaire de ce qu'est la Science : une observation minutieuse des phénomènes qui nous entourent, de la logique et de la déduction (Leavitt), l'accélération de nos connaissances grâce au perfectionnement des techniques (le télescope du Mont Wilson) et, peut-être le plus important, le travail d'équipe. Même s'il est parfois difficile de rendre justice à tous (les travaux d'Henrietta Leavitt ne furent pas reconnus d'emblée à leur juste valeur). Il n'empêche : la Science, dans toutes ses composantes, sait évoluer, se transformer, se remettre en cause et, au bout du compte, nous expliquer ce que nous sommes. C'est cela sa grandeur.
 
  
 
 
images :

1. détail du petit nuage de Magellan (source : www.astrosurf.com/astrofil/)
2. Henrietta Leawitt (1868-1921) (source : www.astronoo.com)
           Pour lire les légendes des illustrations, passer le pointeur de la souris dessus)

Mots-clés :  céphéides - Henrietta Leavitt - luminosité intrinsèque - luminosité apparente - loi de Hubble  

(les mots en blanc renvoient à des sites d'informations complémentaires)

Avis au lecteur : on trouvera d'intéressantes précisions sur le sujet dans le commentaire de GG2, en date du 23/07/08.

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Mise à jour de l'article : 28 mars 2023