Les astronomes anciens avaient raison : Theta Eridani était vraiment 12 fois plus brillante pendant un millénaire
Image à la une : Image du Digitized Sky Survey de Theta Eridani dans la constellation de l’Éridan. Crédit : STScI/DSS
Pendant plus d’un siècle, les astronomes ont supposé que les anciens observateurs d’étoiles s’étaient trompés. Trois observateurs indépendants sur près d’un millénaire ont classé l’étoile Theta Eridani, également connue sous le nom d’Acamar, parmi les plus brillantes du ciel nocturne. Pourtant, aujourd’hui, ce n’est qu’une modeste étoile de magnitude V=2,9, à peine perceptible parmi les milliers de points lumineux dans un ciel dégagé. L’écart a été attribué à une erreur d’observation, à l’extinction atmosphérique ou à une erreur de catalogage.
Une nouvelle étude publiée sur arXiv par le chercheur indépendant Idel Waisberg et Boaz Katz de l’Institut Weizmann des Sciences prouve que les anciens avaient raison depuis le début. Theta Eridani était véritablement environ 12 fois plus brillante pendant environ un millénaire, alimentée par un type rare et auparavant non reconnu de transitoire stellaire : l’extraction d’énergie orbitale lors d’une phase d’enveloppe commune de longue durée.
L’écart de magnitude, d’environ 2,7, est le plus élevé parmi les quelque 1 000 étoiles de l’Almageste de Ptolémée.
L’énigme qui refusait de mourir
Quatre archives historiques couvrant près de 1 600 ans plaçaient toutes Theta Eridani à la magnitude 1, parmi les 13 étoiles les plus brillantes visibles depuis l’hémisphère nord. Hipparque vers 129 av. J.-C. la décrivait comme une « étoile particulièrement brillante » dans son Commentaire sur Aratos. Ptolémée en 137 apr. J.-C. lui attribuait la magnitude 1 dans l’Almageste. Al-Soufi en 964 apr. J.-C. confirmait indépendamment une classification de magnitude 1 dans le Livre des étoiles fixes. Oulough Beg en 1437 conservait la magnitude inchangée dans son catalogue stellaire.
Mais au moment où les observateurs de l’hémisphère sud comme Frederick de Houtman, Edmond Halley et Nicolas-Louis de La Caille ont tourné leurs télescopes vers Theta Eridani au XVIIe siècle, c’était une étoile de magnitude 3. L’étoile avait diminué d’un facteur d’environ 12.
Les historiens et astronomes ont envisagé trois explications : une confusion avec l’étoile beaucoup plus brillante Achernar (Alpha Eridani), invisible aux latitudes d’Alexandrie et de Shiraz ; une erreur typographique dans les catalogues anciens ; ou une surestimation systématique de la luminosité des étoiles de faible altitude due à l’extinction atmosphérique. L’article réfute systématiquement les trois.
Une étoile surprise en pleine évolution
Les chercheurs ont utilisé l’Interféromètre du Très Grand Télescope (VLTI/PIONIER et VLTI/GRAVITY), les spectrographes ESPaDOns et FEROS, et la photométrie TESS pour analyser la véritable nature de Theta Eridani. Ce qu’ils ont découvert est un système stellaire triple : une binaire visuelle où l’étoile primaire, Theta 1 Eridani A, est elle-même une binaire spectroscopique très serrée de deux étoiles presque identiques.
La binaire interne a une période de 4,107704 jours, les deux étoiles étant séparées de seulement 0,083 unité astronomique, soit moins d’un dixième de la distance Terre-Soleil. La primaire a une masse d’environ 2,3 masses solaires et la secondaire environ 2,2 masses solaires. Les deux sont gonflées à environ 4 rayons solaires, remplissant environ 80 pour cent de leurs lobes de Roche.
De manière cruciale, la primaire vient de terminer la combustion de l’hydrogène de son noyau et se transforme en géante rouge. Cette expansion post-séquence principale a déclenché la séquence d’événements qui a rendu l’étoile si brillante pendant si longtemps.
Comment une étoile est devenue 12 fois plus brillante pendant 1 000 ans
Voici la séquence reconstituée par les chercheurs. La binaire était à l’origine sur une orbite hautement excentrique (excentricité d’environ 0,6). Lorsque la primaire s’est développée après avoir épuisé l’hydrogène de son noyau, elle a rempli et débordé son lobe de Roche, la frontière gravitationnelle à l’intérieur de laquelle la matière reste liée à l’étoile. Sur une orbite excentrique, le transfert de masse est concentré près du périastre, ce qui le rend spectaculaire et durable.
Alors que la matière passait de la primaire à la secondaire, l’énergie orbitale était extraite et dissipée dans l’enveloppe environnante. Le résultat a été une enveloppe commune lumineuse qui a englouti les deux étoiles, augmentant considérablement la luminosité du système. Le transitoire a duré environ 1 000 ans avant que l’énergie orbitale ne se dissipe, que la binaire ne se stabilise sur une orbite plus calme et moins excentrique (excentricité actuelle de 0,105), et que Theta Eridani ne s’estompe jusqu’à sa magnitude actuelle.
Les auteurs appellent cela un « transitoire millénaire » et notent qu’il pourrait s’agir d’une phase omniprésente mais brève dans l’évolution des binaires serrées, qui a échappé aux relevés modernes précisément en raison de son échelle de temps millénaire.
Vindication pour Hipparque, Ptolémée et al-Soufi
L’article porte un message plus profond sur la fiabilité des archives astronomiques anciennes. L’Almageste de Ptolémée est souvent traité avec scepticisme par les astronomes modernes, qui supposent que ses magnitudes sont approximatives ou corrompues. Waisberg et Katz montrent que les observations anciennes étaient suffisamment précises pour détecter un changement de 2,7 magnitudes dans une étoile sur deux millénaires.
La confirmation indépendante d’al-Soufi est particulièrement significative car il a travaillé 800 ans après Ptolémée, depuis un lieu différent et sous des traditions culturelles différentes. Le fait que les deux observateurs aient enregistré la même anomalie renforce la thèse selon laquelle la luminosité était réelle et non une erreur de copie.
La découverte ouvre également une nouvelle fenêtre sur la physique stellaire. Le « transitoire millénaire » alimenté par l’extraction d’énergie orbitale lors du débordement du lobe de Roche pourrait expliquer d’autres anomalies de luminosité historique dans les archives anciennes. De nombreuses étoiles de l’Almageste présentent des écarts de magnitude par rapport à leurs valeurs modernes qui pourraient être dus à des processus similaires.
Pour l’instant, l’histoire de Theta Eridani rappelle que le ciel nocturne n’est pas statique. Une étoile peut s’illuminer pendant un millénaire, tromper tout le monde sur Terre, puis s’assombrir à nouveau dans l’obscurité, ne laissant qu’une énigme à résoudre pour les futurs astronomes.