Les étoiles variables RR-Lyrae


Observer

RRlyraeCoRoT.png
Courbe de lumière d'une étoile de type RR Lyrae, observée par le satellite CoRoT spécialisé en photométrie de grande précision, oscillant sur une période de 0.619 jour.
Crédit : CoRoT/CNES
positionhrrrlyrae.png
Position des étoiles RR Lyrae dans le diagramme HR.
brancheh.png
Les étoiles RR Lyrae, peu nombreuses, se situent dans la région relativement vide de la branche horizontale du diagramme HR, à l'intersection de la bande d'instabilité.
rrlyraengc121.jpg
Quelques étoiles RR Lyrae repérées dans l'amas NGC 121.
NGC121-V35.pngNGC121-V36.pngNGC121-V37.png
Courbes de lumière d'étoiles RR Lyrae de l'amas NGC 121.

Courbe de lumière d'une RR Lyrae

La courbe de lumière d'une étoile de type RR Lyrae présente des variations très régulières.

Les RR Lyrae dans le diagramme HR

Les étoiles RR Lyrae, du nom de la première d'entre-elles identifiée, se situent dans la bande d'instabilité du diagramme HR. Leur position précise dans le diagramme HR correspond à une région très peu peuplée de la branche horizontale.

Les RR Lyrae de l'amas NGC 121

Les différentes RR Lyrae dans un amas sont identifiées par leur courbes de lumière caractéristiques (ici repliées sur une seule période). À égale distance du Soleil, elles présentent des magnitudes apparentes très semblables.


Apprendre

objectifsObjectifs

Identifier un objet via une propriété caractéristique peut permettre la détermination de sa magnitude absolue, et donc de sa distance.

prerequisPrérequis

Module de distance

Les variables RR-Lyrae

Les étoiles variables RR-Lyrae constituent un groupe très homogène et ont toutes à peu près la même magnitude absolue moyenne (de l'ordre de 0.7 en bande V). Ce sont des étoiles vieilles que l'ont trouve près du centre Galactique, dans le halo, ou dans les amas globulaires.

Elles occupent une place caractéristique dans le diagramme HR, dans une zone très pauvre en étoiles, au niveau de ce que l'on appelle la branche horizontale et que l'on observe dans les amas évolués. Cette zone, ou trou de Hertzsprung-Russell est facilement reconnaissable dans le diagramme HR des amas globulaires.

Les caractéristiques des RR Lyrae
Type spectral A - K
Classe III
période de 0.3 à 1 j
M _{\mathrm{V}} de 0.6 à 1.3
\Delta M de 0.5 à 1.2

Le principe de la mesure

Les étoiles RR Lyrae présentant toute la même magnitude absolue, la mesure de leur distance découle de :

  1. leur identification comme RR Lyrae, via leur variabilité,
  2. la comparaison entre leurs magnitudes apparente et absolue.
globular0.png
Répartition des amas globulaires dans notre Galaxie (distance en kpc, dans un repère centré sur le Soleil).

RR-Lyrae, amas globulaires et Voie Lactée

C'est en utilisant les RR-Lyrae comme indicateurs de distance que Shapley détermina la distribution des amas globulaires dans notre Galaxie et mesura la distance du Soleil au centre de la Voie Lactée, situé dans la direction de la constellation du Sagittaire. Il montra que les amas globulaires sont répartis dans un halo sphérique autour d'un disque plat vu par la tranche. Les distances qu'il mesura pour les amas globulaires (jusqu'à 30 kpc pour l'amas d'Hercule) lui donnèrent pour la Galaxie le diamètre de 100 kpc.

Une étude complète est proposée en exercice.


S'exercer

exerciceRR Lyrae, amas globulaires et Voie Lactée

Difficulté : ☆☆   Temps : 1.5 h

On se propose de mesurer la taille et la position du centre de notre Galaxie, la Voie Lactée, à partir des amas globulaires (méthode de Shapley, 1914). On dispose de diagrammes magnitude-couleur (V, B-V) de différents amas globulaires. Les coordonnées galactiques (l,b) (données en deg) de ces amas permettent de repérer leur direction dans le ciel. On connaît de plus l'extinction totale (la correction d'absorption, donnée en magnitude) due au gaz et aux poussières rencontrés le long de chaque ligne de visée.

Le but est de déterminer la position des amas globulaires en utilisant les étoiles RR-Lyrae comme indicateurs de distance. A partir de sa distance et de sa direction, on peut localiser chaque amas dans l'espace et déterminer le centre de symétrie du système des amas globulaires. On obtient ainsi la position du centre de notre Galaxie par rapport au Soleil, ainsi qu'une mesure des dimensions de la Voie Lactée.

Le diagramme magnitude-couleur des amas globulaires comporte une branche horizontale avec une zone vide entre B-V=0.2 et 0.4 environ, où sont localisées les étoiles variables RR-Lyrae. Sur chaque diagramme, à lire avec les appliquettes ci-jointes, on peut, selon les conditions d'observation, reconnaître la série principale, la branche des géantes, la branche horizontale et la région vide.

47Tuc application.png

M68 application.png

NGC5466 application.png

IC4499 application.png

NGC5824 application.png

Palomar5 application.png

NGC5897 application.png

M80 application.png

M13 application.png

NGC6723 application.png

M75 application.png

M72 application.png

NGC7006 application.png

M15 application.png

M30 application.png

Tableau application.png

Question 1)

Dans quels amas ces séquences sont-elles plus difficilement discernables ? Pourquoi ?

Question 2)

Les diagrammes HR de IC4499, NGC5824, M75 ou NGC7006 apparaissent très bruités. Montrer que cela est lié à leur position dans la Voie Lactée.

Question 3)

Mesurer, pour les amas où cela est possible, la magnitude apparente visuelle observée V correspondant au bord bleu du trou de la branche horizontale, à 0.1 magnitude près.

application.png

Remplir la colonne V du tableau à l'aide de ces données (ne simplement rien marquer pour les amas éventuellement laissés de côté).

Question 4)

Compte tenu de la correction d'extinction interstellaire, en déduire la magnitude apparente moyenne corrigée V_0 des RR-Lyrae dans chacun des amas.

Question 5)

En adoptant pour les RR-Lyrae une magnitude absolue moyenne \langle M\rangle égale à +0.6, en déduire la distance D (en parsec) de chaque amas. On rappelle l'expression du module de distance :

\mu\ =\ m - M\ =\ 5 \log D - 5

avec la distance exprimée en parsec. Quelle est la précision sur D si l'incertitude sur V_0 est de 0.1 magnitude ?

Question 6)

Déduire des coordonnées galactiques (l,b) et de la distance D (Fig. 4) les coordonnées rectangulaires X, Y, et Z (en parsec) de chaque amas.

Question 7)

Analyser la répartition des amas dans le plan (SX, SZ), en réalisant une coupe de notre galaxie vue par la tranche, passant par le Soleil S suivant SX. Quelles sont les dimensions du halo ? Quelle est la position du centre de symétrie du système ? (calculer les valeurs moyennes de X et Z). Comparer aux valeurs admises actuellement : la Galaxie a un diamètre de 30 kpc ; le Soleil se trouve à 8.5 kpc du centre.


Réponses aux exercices

pages_etalonnage-primaire/rr-lyrae-sexercer.html

Exercice 'RR Lyrae, amas globulaires et Voie Lactée'