Étoile variable
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Une étoile variable est une étoile dont la luminosité varie.

Alors que la plupart des étoiles sont de luminosité presque constante, comme notre Soleil qui ne possède pratiquement pas de variation mesurable (environ 0,1% sur un cycle de 11 ans), la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) de certaines étoiles varie de façon perceptible sur des périodes de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) beaucoup plus courtes.

Historique

Cette variation de luminosité fut découverte au XVIe siècle lors de l'apparition de la supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une étoile, qui s'accompagne d'une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre, une supernova...) de 1572 par Tycho Brahé et l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...) de l'augmentation et la diminution régulière de l'éclat de l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) Mira (Mira peut désigner :) (o Ceti) en 1596. On découvrit de plus en plus d'étoiles variables au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île couvre une superficie de 22 km². Elle est située dans la Municipalité de Skive.) et à mesure de l'amélioration des instruments d'observation ; actuellement, les catalogues, dont le plus important est le General Catalogue of Variable Stars, contiennent plus de 40 000 étoiles variables ou suspectées de l'être.

À l'origine, la luminosité des étoiles était déterminée visuellement en comparant une étoile avec ses voisines. Plus tard, le développement de la photographie permit de comparer ces luminosités sur une plaque photographique. Actuellement, elles sont mesurées précisément à l'aide d'un détecteur (Un détecteur est un dispositif technique (instrument, substance, matière) qui change d'état en présence de l'élément ou de la situation pour lequel il a été...) photoélectrique ou à l'aide de camera CCD.

Ces luminosités sont tracées sur un graphe (Le mot graphe possède plusieurs significations. Il est notamment employé :) nommé courbe de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière...) qui représente la magnitude en fonction du temps. Ce graphe permet de déterminer l'amplitude (Dans cette simple équation d’onde :) des variations et leur période. L'enregistrement de ces courbes de lumière est un des seuls domaines de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs...) où les amateurs peuvent réellement aider les professionnels, voire effectué du vrai travail de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....).

Classification

Strictement parlant, toutes les étoiles sont variables car leur structure et leur luminosité changent avec leur évolution, mais en général ces changements sont très lents. Toutefois, pour certaines phases évolutives, les variations peuvent être extrêmement rapides ou être périodiques, comme la pulsation de la couche externe (  Ne pas confondre couche de valence et valence) de certaines étoiles. D'autres petites variations de luminosité peuvent être causées par des taches froides ou chaudes à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois...) de l'étoile qui apparaissent et disparaissent avec la rotation de l'étoile sur elle même. Pour cette raison, notre Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification...) est une étoile très faiblement variable à cause des taches solaires et il est fort probable que la plupart des étoiles possèdent des taches similaires.

Les étoiles variables sont classées en deux grands groupes, eux-mêmes subdivisés en une multitude de sous-groupes portant généralement le nom d'une étoile qui les caractérise :

Étoiles variables intrinsèques

Ce sont des étoiles dont les variations de luminosité sont provoquées par des changements de la structure même de l'étoile. Une étoile variable (Une étoile variable est une étoile dont la luminosité varie.) intrinsèque peut-être rattachée à différents types suivant son comportement :

Variables pulsantes

Les étoiles pulsantes renferment la plus grande partie des variables. Ces étoiles présentent une variation périodique de leur volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.), ce qui se traduit par une modification de leur luminosité :

Type Période Variation (en magnitude) Commentaire
Céphéide (Une céphéide est une étoile 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...) 1 à 70 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure...)   Relation étroite entre la période et la luminosité
W Virginis 1 à 70 jours   Similaires aux céphéides, mais concernant des étoiles de population II
Mira 80 à 1 000 jours 2,5 à 11 Période et variation extrêmement précises
RR Lyrae 0,05 à 1,2 jours 0,3 à 2  
α Cygni 5 à 10 jours < 0,1 Pulsations non-radiales
δ Scuti 0,25 à 5 heures 0,003 à 0,9  
β Cephei 3,5 à 6 heures 0,1 à 0,3  
RV Tauri 30 à 150 jours   Présente deux minima successifs distincts
Variable semirégulière 20 à 2 000 jours variable Géantes ou supergéantes dont les variations de luminosité, sans être erratiques, sont peu prévisibles

Variables par rotation

Les étoiles variables par rotation voient leur luminosité varier par la présence de taches sombres ou claires à leur surface. Ainsi, lorsque l'étoile tourne sur elle-même, plus ou moins de lumière arrive jusqu'à nous.

Type Période Variation
(en magnitude)
Commentaire
α2 Canum Venaticorum 0,5 à 160 jours 0,01 à 0,1 Étoiles possédant un fort champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction, définie en tout...)
BY Draconis 1 heure (L'heure est une unité de mesure  :) à 120 jours 0,01 à 0,5 Parfois éruptives
Variable ellipsoidale   < 0,2 Étoiles binaires tellement proches qu'elles sont déformées
FK Comae Berenices quelques jours 0,01 à 0,1 Étoiles géantes à rotation rapide
SX Arietis   0,1 Étoiles chaudes possédant un fort champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique et un déséquilibre en hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des...)

Variables éruptives (anciennement appelées variables irrégulières)

Une étoile variable éruptive connaît une activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) soutenue dans sa chromosphère (La chromosphère est la couche de gaz de couleur rose, transparente pour la lumière visible, qui entoure la photosphère.) ou sa couronne qui provoque des variations de luminosité impossibles à prévoir et qui peuvent s'accompagner d'un fort vent (Le vent est le mouvement d’une atmosphère, masse de gaz située à la surface d'une planète. Les vents les plus violents connus ont lieu...) stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) ou d'éjections de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La matière...). Les principaux types de variables éruptives sont :

Type Commentaire
FU Orionis Éjections de matière, variations graduelles de plusieurs magnitudes sur plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.)
γ Cassiopeiae Rotation rapide, éjections d'anneaux ou de coquilles de matière
γ Orionis
R Coronae Borealis Supergéantes, diminution de luminosité causée par l'éjection de matière carbonée
RS Canum Venaticorum  
S Doradus Supergéantes bleues très lumineuses
T Tauri Étoiles très jeunes, presque en formation
UV Ceti Étoiles orange ou jaunes, variations de plusieurs magnitudes sur quelques secondes
Étoile Wolf-Rayet Étoiles chaudes et massives à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) d'évolution avancé
YY Orionis  

Étoiles variables extrinsèques

La variation de luminosité des étoiles variables extrinsèques, telle qu'observée par un observateur terrestre, est due à une cause externe à l'étoile et non pas à une modification de ses propriétés.

Variable optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) (ou à éclipses)

La cause principale de variabilité extrinsèque est la présence d'une autre étoile autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) de l'étoile principale, formant (Dans l'intonation, les changements de fréquence fondamentale sont perçus comme des variations de hauteur : plus la fréquence est élevée, plus la...) à elles deux une étoile double. Vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) sous un certain angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.), une de ces deux étoiles peut à intervalles réguliers éclipser l'autre, provoquant ainsi une diminution de la luminosité totale.

Type Commentaire
Algol Composants sphériques
β Lyrae Composants proches déformés par les forces de marée (La marée est le mouvement montant (flux ou flot) puis descendant (reflux ou jusant) des eaux des mers et des océans causé par l'effet conjugué des forces de gravitation de la Lune et du Soleil.)
W Ursae Majoris Composants presque en contact

Variables cataclysmiques (anciennement appelées variables éruptives)

Une étoile variable cataclysmique voit sa luminosité évoluer brusquement, généralement sur plusieurs magnitudes, par la suite de phénomènes physiques extrêmement violents.

Dans certains systèmes binaires, les deux étoiles sont si proches l'une de l'autre que la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les...) de gravitation (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) de l'étoile la plus massive (Le mot massif peut être employé comme :) arrache une partie de la matière de sa compagne. Dans de nombreux cas, cette masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la...) forme un disque (Le mot disque est employé, aussi bien en géométrie que dans la vie courante, pour désigner une forme ronde et régulière, à l'image d'un palet — discus en latin.) d'accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.). Ces systèmes sont appelés système binaire en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose l'entrée en contact de sujets.). La distance en-deçà de laquelle cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier à...) peut arriver correspond au " Lobe de Roche " de l'étoile, d'après Édouard Roche (La roche, du latin populaire rocca, désigne tout matériau constitutif de l'écorce terrestre. Tout matériau entrant dans la composition du sous-sol est formé par un assemblage de minéraux, comportant parfois...), l'astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) ayant créé la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance...) de ce genre de système.

Sur l'étoile la plus massive, l'arrivée de cette masse supplémentaire et de composition différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des nombres pour mesurer l'éventuel défaut de dualité d'une application définie à l'aide de la...) peut, par le déclenchement de réactions nucléaires, provoquer divers phénomènes, parfois cataclysmiques. Les novae classiques, dites aussi récurrentes, sont une des formes les plus spectaculaires de ce phénomène qui se manifeste par d'intenses variations de luminosité. Les novae naines sont une autre catégorie de variables cataclysmiques dont les variations de luminosité, moins spectaculaires, seraient provoquées par une variation de taux d'accrétion dans le disque.

Les variations de luminosité peuvent aussi se produire dans d'autre partie du spectre électromagnétique (Le spectre électromagnétique est la décomposition du rayonnement électromagnétique selon ses différentes composantes en terme de fréquence, d'énergie des photons ou encore de longueur d'onde associée, les...) que le visible, notamment dans le domaines des rayons X. Dans les systèmes nommés binaires X qui seraient constitués d'une étoile normale ou en fin de vie (La vie est le nom donné :), appelée étoile secondaire et d'une étoile compacte, tel qu'une naine blanche, une étoile à neutrons, voire un trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense qu’il empêche toute forme de matière ou de rayonnement de s’en échapper (à l'exception notable de la radiation de...), appelée étoile primaire; l'interaction de la matière provenant de l'étoile secondaire et de l'intense champ gravitationnel de l'étoile primaire produit une énorme quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une collection ou un groupe de choses.) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) dont une partie nous parvient sous forme de rayons X.

Type Commentaire
Nova (En astronomie, une nova est une étoile qui devient très brutalement extrêmement brillante, avec une grande augmentation de son éclat, qui peut être de l'ordre de 10...) Explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un volume plus grand, généralement sous forme de gaz. Plus cette transformation s'effectue rapidement, plus la...) suite à la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état liquide. Pour un corps pur, c’est-à-dire pour une substance constituée de molécules toutes identiques, la fusion...) de l'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) à la surface d'une naine blanche
Nova récurrente Étoile ayant manifesté au moins deux explosions de type nova
Variable cataclysmique magnétique Système binaire où une naine blanche possède une fort champ magnétique
Étoile symbiotique Système binaire présentant un transfert de matière de l'une des composantes à l'autre, par vent stellaire ou éjection coronale
AM Herculis Variable cataclysmique magnétique où le champ magnétique de la naine blanche synchronise sa rotation avec sa période orbitale (En astronomie, la période orbitale désigne la durée mise par un astre (étoile, planète, astéroïde) pour effectuer une orbite complète. Par exemple, la Terre a une période...) et crée un " couloir " d'accrétion provenant de son compagnon
DQ Herculis Similaire à une variable de type AM Herculis, sans synchronisation
U Geminorum Système binaire où l'une des étoiles dépasse son lobe de Roche
SS Cygni Sous-catégorie de U Geminorum
SU Ursae Majoris Sous-catégorie de U Geminorum présentant en plus des flashes de très forte intensité
Z Camelopardalis Sous-catégorie de U Geminorum où la luminosité de l'étoile peut demeurer constante longtemps après un flash
Z Andromedae Étoile symbiotique où l'une des composantes, très chaude, ionise une partie de l'enveloppe de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme propre ni de volume propre : un gaz tend à...) de l'autre
Binaire X Étoile double théorique formée d'un trou noir et d'une étoile à neutrons
Supernova Fin de vie violente d'une étoile massive à la suite de explosion de celle-ci. Classée dans les variables cataclysmiques, il ne s'agit pas d'une variation extrinsèque.
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