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Les Étoiles Carbonées

Introduction

Les étoiles carbonées sont, généralement, des étoiles géantes de couleur rouge et de température de surface de l'ordre de 2 800 à 5 000 K.
Elles sont chimiquement caractérisées par un rapport Carbone / Oxygène > 1 (carbon-rich).
Leurs spectres présentent de fortes bandes moléculaires de CH, de CN, de C 2 et dans les étoiles les plus froides, de C 3 , de SiC 2 et d'autres molécules riches en carbone. Ces bandes moléculaires viennent recouvrir et obscurcir le continuum, en particulier celui des étoiles les plus froides, avec généralement peu ou pas de flux au-delà de 4400 Å.


Historique Secchim En 1868, le prêtre Angelo Secchi, astronome à l'observatoire du Collegio romano , décrit pour la première fois la nature particulière du spectre des étoiles carbonées dans Les Comptes Rendus de l'Académie des Sciences. (CRAS 1868 66 125). Il fait une claire distinction entre le spectre de ces étoiles, qu'il qualifie de fort extraordinaire et le spectre des étoiles rouges observées jusque là, comme α Orion ou β Pégase. Sa découverte le mène à modifier son système de classification spectrale, établi sur l'aspect des spectres de milliers d'étoiles qu'il a analysés depuis le début des années 1860. Cette classification, qui comportait les types I, II et III, est logiquement augmentée d'un quatrième type spectral pour y placer les étoiles carbonées. Dans son ouvrage Les Étoiles (Tome Premier), paru en 1879, dans lequel Secchi fait une synthèse de ces travaux, il offre à son lecteur, sur la planche VIII de la page 89, un dessin du spectre Y CVn qu'il admirait tant et qu'il nommera La Superba (vignette cliquable ci-contre).

Lors de l'édition du monumental Henry Draper Catalog , en 1918, Annie J. Cannon et Edward C. Pickering intègrent les étoiles carbonées, désignées par le type R et le type N, dans leur classification spectrale, connue sous le nom de Classification de Harvard . Les étoiles de type R sont divisées en sous-classes de température R0, R3, R5 et R8 et les étoiles de type N en Na, Nb et plus tard Nc. Ces sous-classes étaient basées sur des raies dans la région spectrale bleue qui, bien que constituant une bonne source d'informations pour déterminer les classes de température des étoiles G et K, n'étaient pas un choix approprié pour les étoiles carbonées froides. Par conséquent, la distinction entre un R8, les étoiles de type R les plus rouges, d'un Na, le type N le plus bleu, n'était pas évidente (De Mello et al. 2009).

kmm En 1941, dans une publication intitulée The Classification of Red Carbon Stars parue dans Astrophysical Journal, vol. 94, Philip C. Keenan et William W. Morgan, proposent une nouvelle classification des étoiles carbonées selon des critères de température de surface et d'intensité des bandes moléculaires C 2. Abandonnant la classification R-N de Cannon, ils placent toutes les étoiles carbonées en une seule séquence de température. Ils utilisent une notation de C0 à C9 accompagnée d'une indication d'intensité des bandes moléculaires C 2. La lettre C a été choisie en référence à la prédominance du carbone. Le chiffre associé indique une échelle de température décroissante (0 pour les étoiles les plus chaudes, 9 pour les étoiles les plus froides et les plus rouges dont la partie bleue du spectre est totalement obscurcie). En outre, une correspondance avec les classes de température d'étoiles de type normaux G, K et M est établie ((voir la Table ci-contre - Vignette cliquable). Un indice, basé sur une échelle de 1 à 5, permet d'indiquer l’intensité des bandes de C 2 de Swan. 1 correspond à des bandes faibles, peu discernables et 5 à des bandes fortes. Dans cette nouvelle classification, l'étoile carbonée Y CVn est notée C5 4. Le chiffre 5 correspond à un type K5-M0 donnant une température de surface appromative de 3 450K, et l'indice 4 correspond une forte intensité des bandes de Swan.

k1993m Plus tard, avec l'accumulation de nouvelles données observationnelles, Keenan note, dans son article Revised MK Spectral Classification of the Red Carbon Stars paru dans les Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol. 105, en 1993 qu'« Aucun de ces systèmes de classification n'a vraiment réussi à fournir une notation solide qui donnerait une description utile du spectre d'une étoile carbonée» et reconnait les limites du système de classification C en une séquence unique de température. Aussi, il proposa, un nouveau système de classification étayé sur cinq types d'étoiles carbonées : les étoiles C-R et les étoiles C-N (correspondant approximativement aux étoiles R et N de la classification de Harvard), les étoiles C-J, les étoiles C-H et les étoiles carbonées déficientes en hydrogène (C-Hd).
La publication de Cecilia Barnbaum, Remington P.S. Stone et Philip C. Keenan, A Moderate-Resolution Spectral Atlas of Carbon Stars : R, J, N, CH, and Barium Stars, paru en 1996 dans The Astrophysical Journal Supplement Series,105, complète le travail de Keenan de 1993, en affinant les critères de classification.
La notation des types C-R, C-N, C-J, C-H et C-Hd est augmentée par différents indices d'abondance pour les principaux composés du carbone (abondance croissante) :
• Indice C 2 : Intensité des bandes moléculaires de Swan - échelle de 1 à 5. 1 indiquant que les bandes à λ4737 Å et à λ5135 Å sont à peine discernables.
Considérée comme la meilleure mesure du rapport carbone / oxygène si tant est que l'on prenne en compte sa sensibilité à la température.
• Indice CH : Intensité du CH - échelle de 3.5 ou plus,
• Indice j : Rapport d'intensité de l'absorption moléculaire C 2 avec les isotopes 12C / 13C - échelle de 1 à 5,
• Indice MS : Intensité des bandes Merrill Sanford de SiC 2 - échelle de 1 à 5,
• Élément : Dans certains cas, en cas de forte intensité des raies d'un élément, un indice lui est associé (ex : NaD 15),
• Une classe de luminosité peut être également notifiée, en particulier pour les étoiles de type C-R.
Dans cette classification, le type de l'étoile carbonée Y CVn est noté : C-J4.5 C 26 j5 MS3.

Les types des étoiles carbonées présentées ci-dessous sont issus de la base de données astronomiques SIMBAD, gérée par le Centre de Données astronomiques de Strasbourg (CDS). Ces types ont été établis à partir de la classification révisée des Étoiles Carbonées de Philip Keenan (1993).
En complément, les types utilisés dans la publication de C. Barnbaum, R. Stone et P. Keenan, A Moderate-Resolution Spectral Atlas of Carbon Stars : R, J, N, CH, and Barium Stars, sont également cités, à titre de comparaison. En outre, Simbad permet d'afficher un nombre important de différentes classifications et notations de type pour chaque étoile carbonée (rubrique Collections of Measurements + MK + display selected measurements.
Les magnitudes des étoiles variables ont été obtenues sur le site de American Association of Variable Star Observers (AAVSO), en affichant le lien Light Curve Generator (LCG), qui fournit, par date, la luminosité des étoiles recherchées. Lorsque les étoiles ne sont pas référencées sur le site de l'AAVSO, les magnitudes proviennent du Centre de Données astronomiques de Strasbourg (Simbad).

Il convient de noter que la classification des étoiles carbonées reste un exercice délicat pour les astronomes professionnels. De nombreuses études tentent d'affiner les critères de classification, et d'améliorer la compréhension de la physique et de la chimie de ces étoiles passionnantes (De Mello et al. 2009, Evans 2010 etc...).
Les identifications des raies spectrales que je donne ci-dessous sont à prendre, bien entendu, avec toute la prudence et la distance nécessaires...

Profils Spectraux

[Pour info : Double-cliquez sur les images pour ouvrir les spectres commentés.]

Profil et spectre synthétique de Y CVn
Image brute de Y CVn

 

Les étoiles C-R

Les étoiles C-R sont les plus chaudes des étoiles carbonées, et les étoiles les plus chaudes de la séquence C-R sont généralement caractérisées par un flux significatif dans le bleu-violet. Alors que la bande CN à λ4215 et les bandes C 2 de Swan à λ4737 et λ5165 obscurcissent une partie du bleu et du bleu-violet, dans les étoiles C-R les plus chaudes, certains critères utilisés dans la classification standard de température pour les étoiles géantes de types G et M peuvent être employés pour juger du type équivalent de température oxygène ( Stellar Spectral Classification - Gray et Corbaly 2009).

HD123821 - Type Simbad : C-R2IIIa / Type Barnbaum et al. : C-R2 + C 2 2.5 III

Située dans la constellation du Bouvier - Mag V 8.63 (Simbad) - Étoile référence : Alp Dra (HD123299 - Miles) à 12°41' de distance

 

HD156074 - Type Simbad : C-R2III / Type Barnbaum et al. : C-R2 C 2 3 CH 3.5 IIIa:

Située dans la constellation d'Hercule - Mag V 7.61 (Simbad) - Étoile référence : Iot Her (HD160762 - Miles) à 6°07' de distance

 

HD112127 - Type Simbad : C-R4IIIb / Type Barnbaum et al. : C-R3 C 2 1.5 III

Située dans la constellation de la Chevelure de Bérénice - Mag V 6.88 (Simbad) - Étoile référence : Alp02 CVn (HD112413 - Miles) à 11°33' de distance

 

Les étoiles C-N

Les étoiles C-N peuvent être distinguées des étoiles C-R par leur extrême rougissement et leur forte absorption dans le bleu, avec généralement peu ou pas de flux au-delà de 4400 Å. Les bandes isotopiques de C 2 dans les étoiles C-N sont généralement plus faibles que dans les étoiles C-R, et les raies des éléments du processus s sont plus renforcées que dans les étoiles C-R ( Stellar Spectral Classification - Gray et Corbaly 2009).

RY Dra - Type C-N3III: / Type Barnbaum et al. : C-J4: C 2 6 j5- MS4 .5

Située dans la constellation du Dragon - Mag V 5.88 - 8.0 - Étoile référence : Alp Dra (HD123299 - Miles) à 7°22' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼7.5 (AAVSO - Visuel)

 

SS Vir - Type C-N4.5: / Type Barnbaum et al. : C-N4.5: C 2 6-:

Située dans la constellation de la Vierge - Mag V 6.0 - 9.6 - Étoile référence : Phi UMa (HD85235 - Miles) à + de 40°' de distance !!!
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼8.1 (AAVSO - Visuel)

ssvirm

Une seule pose pour SS Vir, au ras de la toiture, pas d'étoile référence digne de ce nom : étoile à refaire dès que possible...

 

VY UMa - Type C-N5 / Type Barnbaum et al. : C-N5 C 2 4.5

Située dans la constellation de la Grande Ourse - Mag V 5.73 - 6.32 - Étoile référence : Phi UMa (HD85235 - Miles) à 15°51' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼6.2 (AAVSO - Visuel)

 

UX Dra - Type C-N5 / Type Barnbaum et al. : C-N5 C 2 5

Située dans la constellation du Dragon - Mag V 5.94 (Simbad) - Étoile référence : Zet Dra (HD155763 - Miles) à 14°47' de distance

 

TT Cyg - Type C-N5 / Type Barnbaum et al. : C-N5 C 2 6

Située dans la constellation du Cygne - Mag V 10.20 (Simbad) - Étoile référence : Gam Lyr (HD176437 - Miles) à 8°54' de distance

 

V Aql - Type C-N5 / Type Barnbaum et al. : C-N5 C 2 5 MS 5

Située dans la constellation de l'Aigle - Mag V 6.67 - 7.22 - Étoile référence : 21 Aql (HD179761 - Miles) à 8°19' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼7.3 (AAVSO - Visuel)

 

Y CVn - Type C-N5 / Type Barnbaum et al. : C-J4.5 C 2 6 j5 MS3

La Superba, située dans la constellation des Chiens de Chasse - Mag V 4.86 - 5.88 - Étoile référence : Alp02 CVn (HD112413 - Miles) à 7°24' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼5.1 (AAVSO - Visuel)

 

Les étoiles C-J

Les étoiles C-J présentent une forte abondance de C 2 et de CN et une abondance remarquable de l'isotope 13C ( Stellar Spectral Classification - Gray et Corbaly 2009).

T Lyr - Type C-J4:p / Type Barnbaum et al. : C-J4:p C 2 5 j3.5

Située dans la constellation de la Lyre - Mag V 7.5 - 9.2

Étoile référence - Véga (Alp Lyr) - A0V Pickles (Isis)
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼8.8 ? (AAVSO - Visuel)

Étoile référence - Gam Lyr (HD176437 - Miles) à 6°57' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼8.8 (AAVSO - Visuel)

Comparaison des deux profils

 

Les étoiles C-H

Les spectres des étoiles C-H sont marqués par une très forte absorption de CH, en particulier près de 4 300 Å (bande G).

TT CVn - Type C-H4 / Type Barnbaum et al. : C-H4 C 2 5 CH 5

Située dans la constellation des Chiens de Chasse - Mag V 8.99 - 9.45 - Étoile référence : Alp02 CVn (HD112413 - Miles) à 0°53' de distance

 

Les étoiles C-Hd

Les étoiles C-Hd sont des étoiles carbonées présentant une déficience des raies d'hydrogène et des bandes CH qui sont faibles ou absentes.

HD182040 - Type C-Hd2II: / Type Barnbaum et al. : C-Hd1: C 2 4 - CH 0 Ib:

Située dans la constellation de l'Aigle - Mag V 7.05 (Simbad) - Étoile référence : 21 Aql (HD179761 - Miles) à 13°12' de distance

 

R CrB - Type G0Iep

Située dans la constellation de la Couronne Boréale - Mag V 5.71 - 15.2
Prototype du type d'étoiles variables R CrB, sa luminosité chute de plusieurs magnitudes à intervalles réguliers. Lors de son maximum de luminosité, son profil spectral est proche du profil en absorption d'étoiles supergéantes F ou G, déficientes en hydrogène et riches en carbone. Mais, lorsque d'épais nuages de poussières se forment dans son atmosphère, sa luminosité décline fortement et son spectre est alors dominé par des raies en émissions.
Pour la composition chimique, voir sur le site NASA/ADS, la publication de P.L. Cottrel et D.L. Lambert The chemical composition of R Coronae Borealis and XX Camelopardalis, parue en 1982 dans Astrophysical Journal, Part 1, vol. 261, p 595-611.

Étoile référence : Iot CrB (HD143807 - Miles) à 3°17' de distance
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼6.288 ±0.035 (AAVSO - Filtre Vert)

rcrb1m

Étoile référence : idem
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼6.302 ±0.012 (AAVSO - Filtre Vert)

Étoile référence : idem
Magnitude estimée lors de l'acquisition : ∼6.258 ±0.003 (AAVSO - Filtre Vert)

rcrb18juil2020m

Comparaison des spectres du 29 mai et du 23 juin 2020

Comparaison des spectres du 23 juin 2020 et du 18 juillet 2020

 

Autres carbonées

Étoiles dont le type spectral est défini selon le système de classification de Keenan et Morgan (1941)

T Dra - Type C6,2e

Située dans la constellation du Dragon - Mag V 7.20 - Étoile référence : Zet Dra (HD155763 - Miles) à 9°21' de distance
Le profil présente une forte absorption de Na I (vers 5890 Å) et semble proche des types carbonées C-N5 / 6. Spectre à refaire (3 poses seulement).

tdram

À défaut de spectre commenté, voici la synthèse couleur du profil spectral de T Dra, obtenue avec Visual Spec

tdrarvbm

 

Spectres synthétiques (Visual Spec)

Présentation Étoiles C-R
Présentation Étoiles C-N et C-J

Comparaisons de profils spectraux

Comparaison HD112127 (C-R4IIIb) avec type K3III

 

Comparaison R CrB avec un profil spectral d'étoile de type F8Ib

 

Comparaison Y CVn, VY UMa et T Lyr

 

Présentation en vignettes des profils spectraux

Les Sources : ouvrages, textes, sites

Les Livres
• Les Étoiles, Essai d'Astronomie Sidérale
P. A. Secchi - 2 vol. - Édition : Paris, G. Baillères - 1879
Lire en ligne sur Gallica : Les Étoiles d'Angelo Secchi
• The Henri Draper Catalog
Annie. J. Cannon, Edward C. Pickering - 9 vol. - Cambridge 1918
Lire en ligne sur NASA/ADS : The Henry Draper catalogue 0h, 1h, 2h, and 3h (Vol.91)
• Dictionnaire d'Astronomie
Philippe de la Cotardière - Larousse 1987 - ISBN 2-03-720019-6
• Stellar Spectral Classification
Richard O.Gray, Christopher J.Corbally - Princeton Univerty Press 2009 - ISBN 970-0-691-12510-7
• Spectral Atlas for Amateur Astronomers (A Guide to the Spectra of Astronomical Objects and Terrestrial Light Sources)
Richard Walker - Cambridge University Press 2017 - Online ISBN 9781316694206
Les Publications
• The Classification of the Red Carbon Stars
Philip C. Keenan, William W. Morgan - Astrophysical Journal, vol. 94, p.501 - 1941
Le texte sur NASA/ADS
• Revised MK Spectral Classification of the Red Carbon Stars
Philip C. Keenan - Publications of the Astronomical Society of the Pacific, vol.105, p.905 - 1993
Le texte sur NASA/ADS
• Angelo Secchi and the Discovery of Carbon Stars
M. F. McCarthy - ASP Conference Series vol.60 - 1994
Le texte sur NASA/ADS
• A High-Resolution Spectral Atlas of Carbon Stars
Cecilia Barnbaumn - Astrophysical Journal Supplement vol.90, p.317 - 1994
Le texte sur NASA/ADS
• A Moderate-Resolution Spectral Atlas of Carbon Stars: R, J, N, CH, and Barium Stars
Cecilia Barnbaumn, Remington P. S. Stone, Phillip C.Keenan - Astrophysical Journal Supplement vol.105, p.419 - 1996
Le texte sur NASA/ADS
• The Chemical Composition of Carbon Stars. II. The J-Type Stars
C. Abia, J. Isern - Astrophysical Journal v.536 , p.438 - 2000
Le texte sur IopScience
• NSCC—A New Scheme of Classification of C-Rich Stars Devised From Optical and Infrared Observations
A. B. De Mello, S. Lorenz-Martins, F. X. de Araújo, C. Bastos Pereira, et S. J. Codina Landaberry - Astrophysical Journal v.705 , p.1298 - 2009
Le texte sur IopScience
Les Sites
• Spectral Atlas of Carbon Stars - VizieR - Centre de Données astronomiques de Strasbourg
La page VizieR
• L'excellente page de François Teyssier sur les Étoiles Carbonées
La page Étoiles Carbonées