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Étoiles variables à observer : Algol, Mira, Delta Céphée et les autres

Une étoile variable est une étoile dont l'éclat change avec le temps : en quelques heures, en quelques jours ou en plusieurs mois. Certaines, comme Algol, Delta Céphée ou Mira, se suivent à l'œil nu ou aux jumelles, à condition de savoir où regarder et de disposer d'une bonne carte du ciel, par exemple une carte du ciel pour retrouver les étoiles repères. C'est l'un des rares domaines où un débutant équipé de simples jumelles peut produire des mesures réellement utiles.

Qu'est-ce qu'une étoile variable ?

Quand on lève la tête, les étoiles paraissent fixes. Pourtant, un nombre important d'entre elles change d'éclat, parfois de façon spectaculaire. On parle d'étoile variable lorsque cette variation est mesurable et se répète, ou se produit de manière suivie. Elle peut tenir à une cause extérieure, comme une étoile qui passe devant une autre, ou à une cause intérieure, comme une étoile qui gonfle et se contracte.

Un rappel utile : l'éclat d'une étoile se mesure en magnitude, et l'échelle est inversée. Plus le nombre est petit, plus l'étoile est brillante ; une étoile de magnitude 2 est plus lumineuse qu'une étoile de magnitude 4. À l'œil nu, sous un ciel noir, on distingue environ jusqu'à la magnitude 6. Les variables qui nous intéressent ici passent donc par des éclats que l'on peut suivre sans instrument ou avec un instrument très modeste.

Pourquoi une étoile change-t-elle d'éclat ?

Il existe trois grandes familles de causes, et les comprendre aide à choisir ce que l'on veut observer.

• Les variables à éclipses. Deux étoiles tournent l'une autour de l'autre, et de notre point de vue l'une passe périodiquement devant l'autre. Leur lumière totale baisse alors le temps de l'éclipse. L'étoile Algol est l'exemple le plus connu.
• Les variables pulsantes. L'étoile elle-même gonfle puis se contracte, et son éclat suit ce rythme. Delta Céphée et Mira en font partie.
• Les variables irrégulières et semi-régulières. Leur éclat varie sans rythme parfaitement régulier. Bételgeuse, dans Orion, appartient à cette famille.

Il existe aussi des étoiles dites « éruptives », qui connaissent des sursauts soudains, mais elles sont surtout l'affaire d'observateurs expérimentés et de télescopes. Pour débuter, les trois premières familles offrent largement de quoi faire.

Quelles étoiles variables observer en premier ?

Voici quelques classiques, tous accessibles depuis la France, avec des ordres de grandeur à retenir. Les valeurs sont arrondies : l'éclat réel varie un peu d'un cycle à l'autre.

Ce tableau donne une idée du choix : Algol est la plus facile et la plus spectaculaire, puisque sa baisse d'éclat se constate en une seule soirée.

Comment observer Algol, l'étoile « clignotante » ?

Algol se trouve dans Persée, la constellation qui prolonge Cassiopée vers l'est. Elle représente l'œil de la Méduse que le héros tient à la main, et son nom vient de l'arabe pour « le démon ». La plupart du temps, elle brille autour de la magnitude 2,1, comparable à d'autres étoiles de la constellation. Mais environ tous les 2 jours et 21 heures, elle s'affaiblit pendant plusieurs heures jusqu'à environ la magnitude 3,4, puis remonte. La baisse totale dure environ dix heures, avec un minimum au milieu.

Pour la voir, il suffit de repérer l'étoile à l'œil nu, puis de la comparer à ses voisines de Persée, dont l'éclat est stable. Si elle paraît soudain nettement plus faible que sa voisine habituellement semblable, c'est le minimum. Des calendriers de minimum, publiés par des associations d'astronomes, indiquent les soirées favorables ; un simple tableur peut aussi les calculer à partir de la période.

La constellation est facile à retrouver à l'automne et en hiver ; si vous hésitez, notre page sur les constellations d'automne montre comment passer de Cassiopée à Persée.

Comment suivre Mira, la « merveilleuse » ?

Mira, dans la Baleine, est une étoile géante rouge dont l'éclat varie beaucoup : d'environ la magnitude 3 à environ 9, avec un cycle moyen d'environ 332 jours. Son nom latin signifie « la merveilleuse », car elle apparaît puis disparaît à l'œil nu. Elle a été remarquée à la fin du XVIe siècle par l'astronome David Fabricius, et c'est l'une des premières variables dont on ait compris qu'elle changeait vraiment d'éclat.

Le maximum et le minimum varient d'un cycle à l'autre, ce qui rend le suivi passionnant : à chaque cycle, on ne sait pas exactement jusqu'où elle montera. Pour la suivre, on la repère à l'œil nu quand elle est brillante, puis on passe aux jumelles quand elle faiblit. Un bon modèle, comme des jumelles 10x50 pour descendre sous la magnitude 8, permet de la suivre bien après sa disparition à l'œil nu.

Comment estimer l'éclat d'une étoile variable ?

La technique, imaginée au XIXe siècle par l'astronome Friedrich Argelander, reste la méthode de base des amateurs : on compare l'étoile variable à deux étoiles proches dont l'éclat est connu et stable, une un peu plus brillante, l'autre un peu plus faible. On se demande ensuite où se place la variable entre les deux : à mi-chemin, plus près de l'une, quasi égale à l'autre.

1. Choisissez une carte. Les associations d'observateurs publient des cartes de champ avec les étoiles de comparaison, repérées par leur magnitude. Une carte du ciel générale sert à trouver le champ, puis une carte détaillée sert à comparer.
2. Trouvez deux étoiles de comparaison qui encadrent la variable.
3. Regardez toujours de la même façon : même instrument, mêmes yeux adaptés au noir, après une vingtaine de minutes.
4. Notez la date, l'heure, l'estimation et le ciel (clair, voilé, Lune). Ces informations servent à interpréter la mesure plus tard.
5. Tracez la courbe de lumière : en reportant les estimations sur un graphique, la forme du cycle apparaît peu à peu.

Une estimation à une demi-magnitude près est déjà utile. L'essentiel n'est pas la précision d'une mesure isolée, mais la régularité des relevés et leur nombre.

Pourquoi les astronomes amateurs sont-ils précieux pour ces étoiles ?

Les professionnels ne peuvent pas surveiller chaque nuit des milliers d'étoiles. Les amateurs, répartis sur tous les fuseaux horaires, comblent ce vide, et des associations rassemblent leurs mesures depuis plus d'un siècle. Pour les variables à longue période comme Mira, des séries d'observations amateurs continues depuis des décennies sont exploitées.

Il y a aussi une raison historique à connaître : les variables de type Céphéide ont permis de mesurer les distances dans l'Univers. Au début du XXe siècle, l'astronome américaine Henrietta Leavitt a montré que plus une Céphéide pulse lentement, plus elle est intrinsèquement lumineuse. Cette règle, appliquée aux Céphéides vues dans d'autres galaxies, a permis de mesurer leur éloignement. Delta Céphée, qui donne son nom à la famille, est aujourd'hui l'une des plus faciles à suivre.

Quel matériel et quelles conditions pour débuter ?

Pour Algol, Delta Céphée, Bêta de la Lyre, Êta de l'Aigle et Bételgeuse, l'œil nu suffit ; des jumelles améliorent la comparaison avec les étoiles voisines. Pour Mira au minimum et pour les variables plus faibles, des jumelles 10x50 ou un petit télescope s'imposent, comme expliqué dans notre guide des jumelles d'astronomie.

Le principal ennemi est la lumière artificielle, qui masque les étoiles de comparaison faibles. Pour mesurer l'enjeu, lisez ce dossier sur la pollution lumineuse et ses effets sur le ciel nocturne ; notre propre guide sur la pollution lumineuse donne les gestes concrets, et la Lune gibbeuse ou pleine gêne aussi les estimations. Une lampe rouge permet de lire la carte sans perdre l'adaptation à l'obscurité.

Enfin, comme toute observation du ciel, le suivi d'une variable gagne à être régulier. Quelques minutes une fois par semaine, depuis le même endroit, produisent une courbe bien plus utile qu'une nuit exceptionnelle isolée. Pour les bases de l'observation, voyez aussi comment observer les étoiles.

Questions fréquentes

Peut-on voir une étoile varier à l'œil nu ?

Oui. Algol est la plus facile : sa baisse d'éclat, de plus d'une magnitude, se constate en une soirée en la comparant à ses voisines. Bételgeuse et Delta Céphée se suivent aussi à l'œil nu, mais sur des durées plus longues.

Quelle est la différence entre une étoile variable et une étoile filante ?

Une étoile variable est une vraie étoile, très lointaine, dont l'éclat change. Une étoile filante est un grain de poussière qui brûle dans notre atmosphère et traverse le ciel en une seconde. Les deux n'ont rien à voir.

Faut-il un télescope pour suivre Mira ?

Non. Elle est visible à l'œil nu autour de son maximum, puis des jumelles permettent de la suivre jusqu'à des magnitudes plus faibles. Un télescope n'est utile que pour les phases les plus faibles.

Où trouver les dates des minimums d'Algol ?

Dans les éphémérides publiées par les associations d'astronomes amateurs, dans les revues d'astronomie et dans les logiciels de planétarium. On peut aussi les calculer à partir de la période d'environ 2 jours 21 heures.