Les étoiles Wolf-Rayet

Contribution: Maylis Lavayssière, Sylvain Rondi

Présentation générale

     Les étoiles de type Wolf-Rayet - en abrégé WR - sont très facilement identifiables. Leur spectre est en effet caractérisé par la présence de raies d'émission très larges et très intenses de l'hélium, de l'azote, du carbone et de l'oxygène. Ces étoiles portent le nom des deux astronomes qui découvrirent leurs caractéristiques spectrales particulières dans trois étoiles de la constellation du Cygne en 1867, à l'Observatoire de Paris: Charles Wolf et Georges Rayet.

Caractéristiques physiques

     Ce sont des objets très chauds (T_eff ~ 50000 K), très massifs et très lumineux (L ~ 3.10⁵ L) qui éjectent d'importantes quantités de matière ( ~ 10^-5 M an^-1) avec une vitesse considérable (v ~ 2500 km s^-1). L'énergie cinétique transportée par ce vent correspond à environ 10 % de la luminosité totale de ces objets. Intégrée sur la durée de vie d'une WR, l'énergie cinétique injectée par cette dernière est comparable à celle produite lors de l'explosion d'une supernova! L'apport de matière au milieu interstellaire par les WR, est intéressant car il apporte essentiellement des résidus de la fusion nucléaire de l'hydrogène ou de l'hélium. Ainsi, le vent des WR contribue de façon importante à l'enrichissement du milieu galactique en ⁴He, ¹²C, ¹⁷O et ²²Ne, et, de façon plus modérée, à son enrichissement en ¹⁴N, ²⁶Mg, ²⁵Mg et ¹⁶O.

     Le spectre des étoiles de type Wolf-Rayet permet de les répartir en deux catégories: les WN et les WC.
                Dans les WN les émissions dominantes sont des raies de HeI, HeII, NIII, NIV et NV.
                Dans les WC ce sont les raies de HeI, HeII, CII, CIII, CIV, OIII, OIV et OV qui sont les plus intenses.
                Plus récemment, une troisième catégorie a été introduite: les WO, dont le spectre est caractérisé par des raies très intenses de OVI. L'hydrogène ne semble présent que dans quelques WN. Cette absence d'hydrogène constitue une des caractéristiques notoires de ce type d'objet, de même que pour l'absence de raies d'absorption.

     A l'intérieur de chacune des catégories, on peut classer les objets selon une séquence d'excitation/ionisation, les sous-types étant définis par le rapport des intensités de certaines raies.
                Pour les WN, ce sont les rapports d'intensité de raies de l'azote (NIII 4634, 4640; NIV 4058; NV 4663, 4618) qui permettent de répartir les WN en WN2, WN3, ..., WN9, les WN2 étant les objets dont le spectre présente les caractéristiques de la plus forte ionisation/excitation.
                De même pour les WC ce sont, cette fois, des raies de carbone (CIII 5696, CIV 5801, 5812) et d'oxygène (OIII 5592) qui servent à la définition des sous-types, de WC4 à WC9. Pour les WO enfin, ce sont les rapports d'intensité de raies de OIV ( 3400) et OVI ( 3811, 3834) qui servent à la définition de la séquence WO1-WO4.

     Les caractéristiques spectrales particulières des WR résultent de la conjugaison de deux facteurs. D'une part, ces objets éjectent en permanence de grandes quantités de matière dans l'espace interstellaire, et ce, avec des vitesses considérables ( ~ 10^-5 M an^-1, v ~ 2500 km s^-1). D'autre part, ces objets présentent une composition chimique particulière. Par rapport à une composition de type solaire, les WN présentent des abondances fortement renforcées de l'hélium et de l'azote alors que leur abondance en carbone et oxygène est à peu près solaire. Dans les WC, par contre, c'est l'hélium, le carbone et l'oxygène qui apparaissent en grande abondance, alors qu'on n'y trouve aucune trace d'hydrogène ou d'azote.

Exemple de spectre

WR 137

19h46m16s | +28°16'19"
(type spectral WC7, mag.vis: 7.95)

Catalogues