Cosmologie - Une céphéide

Une céphéide est une étoile variable, géante ou supergéante jaune, de 4 à 15 fois plus massive que le Soleil et de 100 à 30 000 fois plus lumineuse, dont l'éclat varie de 0,1 à 2 magnitudes selon une période bien définie, comprise entre 1 et 135 jours, d'où elle tire son nom d'étoile variable. Elles ont été nommées d'après le prototype que constitue l'étoile δ de la constellation de Céphée. L'Étoile polaire est une céphéide (du moins jusqu'en 1994 où il est apparu que son éclat était devenu stable, sans explication à ce changement — voir Alpha Ursae Minoris).

L'archétype des céphéide est δ Cephei dans la constellation de Céphé. Elle fut découverte variable par John Goodricke en 1784.

Dès 1897, Michel Luizet, de l'Observatoire de Lyon, étudia les étoiles variables; avec plus de 60 000 observations à son actif. Il présenta une thèse sur « les Céphéides considérées comme étoiles doubles, avec une monographie de l’étoile variable δ Céphée ». Henrietta Leavitt, dans les années 1910-1920, à l'université Harvard, classe les céphéides des nuages de Magellan. Elle s'aperçoit que les périodes des céphéides sont d'autant plus grandes que celles-ci sont brillantes. Elle trouve une relation liant la période de variation (temps entre deux maximums ou minimums) à la moyenne de la luminosité apparente de ces étoiles, et donc à leur luminosité absolue, puisque la distance des étoiles entre elles à l'intérieur du nuage est négligeable par rapport à leur distance à la Terre. Ainsi, il suffit de mesurer la distance d'une de ces céphéides (par exemple par la méthode de la parallaxe), pour obtenir une relation générale liant leur période et leur luminosité absolue et déterminer la distance de n'importe quelle autre céphéide observée. Cette mesure a été réalisée pour la première fois en 1916, à l'université Harvard, par Harlow Shapley qui a complété la découverte d'Henrietta Leavitt. À partir de cette date, les céphéides sont devenues une référence pour mesurer la distance des étoiles ou de galaxies de plus en plus éloignées dans l'Univers. Malheureusement, cette méthode est limitée à la distance maximale à laquelle on peut observer une étoile située dans une galaxie. 

Jeune mais de structure plus évoluée que le Soleil, une céphéide doit son énergie lumineuse aux réactions de fusion nucléaire qui dans sa région centrale transforment de l'hélium en carbone. On doit à Arthur Eddington (1926) une première explication des variations de luminosité. La partie externe de l'étoile se contracte et se dilate alternativement, du fait d'un déséquilibre auto-entretenu des forces liées à la pression du gaz et à la gravité. Ces mouvements s'accompagnent de changements de température responsables de la variation périodique de la luminosité. La période de variation d'éclat d'une céphéide représente environ deux fois le temps mis par une onde de pression pour se propager du centre de l'étoile à sa surface ; elle dépend de l'état du milieu traversé par l'onde et constitue de ce fait une source précieuse d'informations sur la structure interne de l'étoile. Les céphéides sont classées en deux populations : les type I et les type II