Une image de Bételgeuse prise à des longueurs d’onde submillimétriques par le réseau Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). Elle montre une section de gaz chauds dépassant légèrement de l’atmosphère étendue de l’étoile géante rouge. Certaines des données utilisées pour calculer la dernière parallaxe de Bételgeuse proviennent d’observations réalisées par ALMA. Image via ALMA.

Bételgeuse, l’étoile rouge brillante de la constellation d’Orion le chasseur, est au stade final de sa vie stellaire. Les astronomes pensent depuis longtemps qu’elle explosera un jour pour devenir une supernova. Fin 2019 et début 2020, Bételgeuse a suscité beaucoup de discussions sur les médias sociaux parmi les astronomes. Ils se sont demandés, un peu en plaisantant, si une explosion était imminente car l’étoile a diminué, de manière inédite, d’une quantité notable depuis fin octobre 2019. Lorsque la nouvelle s’est répandue, de nombreuses personnes se sont demandées à quelle distance de nous se trouvait Bételgeuse et si une explosion pouvait nuire à la vie sur Terre. La bonne nouvelle, c’est que si Bételgeuse explose, elle est suffisamment proche pour offrir un spectacle lumineux spectaculaire, mais suffisamment éloignée pour ne pas nous faire de mal sur Terre. Pour répondre d’abord à la question de la distance, Bételgeuse se trouve à environ 724 années-lumière. Mais obtenir cette réponse, même pour une étoile relativement proche, est étonnamment difficile.

C’est seulement au cours des 30 dernières années, grâce à l’utilisation de nouvelles technologies, que les astronomes ont obtenu des mesures plus précises de la distance de Bételgeuse et d’autres étoiles proches. Cette avancée a commencé en 1989, lorsque l’Agence spatiale européenne (ESA) a lancé un télescope spatial appelé Hipparcos, du nom du célèbre astronome grec Hipparque. Pendant plusieurs années d’observations, le télescope spatial Hipparcos a fourni des données de parallaxe et de distance pour plus de 100 000 étoiles relativement proches.

Ces mesures sont devenues la base de la plupart des distances estimées aux étoiles que vous voyez aujourd’hui.

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Lorsque l’on regarde depuis deux endroits, il y a un léger décalage dans la position d’une étoile proche par rapport aux étoiles de fond lointaines. Pour des observations sur Terre, prises à six mois d’intervalle, la séparation entre ces deux endroits est le diamètre de l’orbite terrestre. L’angle alpha est l’angle de parallaxe. Image via P.wormer / Wikimedia Commons.

Les données originales d’Hipparcos donnaient une parallaxe de 7,63 milliarcsecondes pour Bételgeuse ; c’est environ un millionième de la largeur de la pleine lune. Les calculs basés sur cette parallaxe ont donné une distance d’environ 430 années-lumière.

Cependant, Bételgeuse est ce que l’on appelle une étoile variable, car sa luminosité fluctue dans le temps (cela dit, l’excitation récente autour de la diminution de la luminosité de Bételgeuse s’explique par le fait qu’il s’agit de la plus grande baisse de luminosité jamais observée). Et c’est là qu’a commencé la difficulté d’estimer la distance de Bételgeuse.

C’est parce que des études ultérieures ont trouvé une erreur dans les méthodes utilisées pour réduire les données Hipparcos pour les étoiles variables. Un effort pour corriger ces erreurs a donné une parallaxe de 5,07 milliarcsecondes, changeant la distance estimée de Bételgeuse de 430 années-lumière à environ 643 années-lumière, plus ou moins 46 années-lumière.

Mais attendez, il y a plus. En 2017, les astronomes ont publié de nouveaux calculs qui ont encore affiné la parallaxe de Bételgeuse à 4,51 milliiarcsecondes. Cette nouvelle analyse des données d’Hipparcos incluait également les observations de plusieurs radiotélescopes terrestres. Cela a placé Bételgeuse à une distance d’environ 724 années-lumière, ou, plus précisément, entre 613 et 881 années-lumière lorsque les incertitudes des données sont incluses.

Vous savez peut-être que la mission d’astrométrie Gaia de l’Agence spatiale européenne a pour objectif de réaliser une carte tridimensionnelle de notre Voie lactée. Lors de la publication de ses deuxièmes données en avril 2018, l’ESA a déclaré que les données de Gaia avaient déjà permis :

… le catalogue d’étoiles le plus riche à ce jour, comprenant des mesures de haute précision de près de 1,7 milliard d’étoiles.

Bételgeuse ne fait pourtant pas partie de ces étoiles, et Gaia ne sera pas utilisé pour trouver une distance plus précise pour Bételgeuse. La raison en est que Bételgeuse est trop brillante pour les capteurs de l’engin spatial.

Une carte d’Orion le chasseur, montrant l’emplacement de Bételgeuse. Image via IAU / Sky & Telescope magazine / Wikimedia Commons.

Un mot sur la parallaxe. Avez-vous déjà regardé un objet proche depuis deux endroits différents, et remarqué comment sa position changeait par rapport aux points de repère éloignés ? C’est l’effet appelé parallaxe. Pour obtenir une estimation de la distance, on obtient des mesures de la position d’une étoile proche dans le ciel par rapport à des étoiles de fond éloignées, à six mois d’intervalle. Pendant ce temps, la Terre s’est déplacée de l’autre côté de son orbite, de sorte que les deux endroits sont séparés par le diamètre de l’orbite terrestre, soit environ 300 millions de kilomètres. La différence de position relative de l’étoile proche aux deux endroits permet aux astronomes de déduire un angle de parallaxe, et de calculer une distance à l’étoile proche.

Les anciens astronomes grecs comprenaient le concept de parallaxe, mais ils ne disposaient pas de la technologie nécessaire pour effectuer des mesures angulaires très fines sur le ciel. Par conséquent, toutes les mesures de la parallaxe stellaire ont échoué jusqu’à ce que l’astronome allemand Friedrich Bessel y parvienne en 1838. Il utilisa un télescope et, bien que ses deux sites d’observation se trouvaient de part et d’autre de l’orbite terrestre, il fut à peine capable de distinguer un minuscule déplacement angulaire. Mais c’était suffisant pour déterminer une distance de 11 années-lumière à une étoile proche appelée 61 Cygni.

Depuis l’époque de Bessel jusqu’au lancement d’Hipparcos en 1989, seuls quelques milliers de parallaxes avaient été déterminés. Le processus était entravé par un certain nombre de facteurs, notamment les angles extrêmement petits en jeu, les imperfections des instruments et, peut-être surtout, les ténèbres de l’atmosphère terrestre. Les observations de la Terre, même depuis des endroits très clairs et sombres comme les déserts et les sommets des montagnes, sont brouillées par les distorsions de l’atmosphère.

Hipparcos, en obtenant des observations depuis l’espace à partir de 1989, a repoussé les limites imposées par l’atmosphère terrestre pour obtenir des données de position des étoiles avec une précision sans précédent pour l’époque. Les astronomes continuent d’affiner ces mesures grâce à de nouvelles innovations dans les instruments et l’analyse des données, en utilisant des observatoires terrestres et spatiaux.

La ligne du bas : Mesurer la distance de Bételgeuse a été particulièrement difficile car c’est une étoile variable. Des calculs complexes basés sur les données du télescope spatial Hipparcos et des radiotélescopes au sol indiquent qu’elle se trouve à environ 724 années-lumière.

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