Matière explosive : La Naissance d’une Supernova

Les étoiles à l’origine des supernovae pourraient montrer des signes d’instabilité des mois avant la grande explosion

Dans les types les plus communs de supernovæ, le cœur d’une étoile massive s’effondre soudainement sur lui-même et ses couches externes sont propulsées dans l’espace au cours d’une spectaculaire explosion. Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Institut Weizmann des Sciences montre que les étoiles qui deviennent ce que l’on appelle des supernovae à effondrement de cœur pourraient montrer des signes d’instabilité des mois avant cet effondrement, expulsant de la matière dans l’espace et créant ainsi une coque gazeuse dense autour d’elles. Ces chercheurs pensent que beaucoup d’étoiles massives, y compris les super géantes rouges qui sont le plus souvent à l’origine de ces supernovae, pourraient commencer ainsi leur processus d’effondrement.

Une supernova, qu’est-ce que c’est ?

Une supernova est l’ensemble des phénomènes conséquents à l’explosion d’une étoile, qui s’accompagne d’une augmentation brève mais fantastiquement grande de sa luminosité. Vue depuis la Terre, une supernova apparaît donc souvent comme une étoile nouvelle, alors qu’elle correspond en réalité à la disparition d’une étoile.

Les supernovae sont des événements rares à l’échelle humaine : leur taux est estimé à environ une à trois par siècle dans notre Voie Lactée.

Cet aperçu des conditions entrainant l’effondrement du noyau provient d’une collaboration unique appelée Palomar Transient Factory, une surveillance du ciel entièrement automatisée utilisant les télescopes de l’observatoire de Palomar en Californie du sud. Des astrophysiciens de l’autre côté du globe, en Israël, sont alertés quand ces télescopes qui scannent le ciel nocturne californien captent une apparition soudaine de nouveaux « phénomènes transitoires » astronomiques invisibles auparavant – phénomènes qui peuvent signaler une nouvelle supernova. En octobre 2013, le docteur Ofer Yaron du Département de Physique des Particules et Astrophysique de l’Institut Weizmann a reçu un message indiquant la détection d’une supernova potentielle ; il a immédiatement informé le Docteur Dan Perley qui observait justement cette nuit-là les images du télescope Keck à Hawaii et du satellite Swift de la NASA. À Keck, les chercheurs ont déclenché très rapidement l’enregistrement du spectre lumineux de l’événement. Grâce à cette observation démarrée seulement trois heures après le début de l’explosion, l’image que l’équipe a réussi à assembler était la plus détaillée jamais obtenue du processus d’effondrement du cœur d’une étoile. « Nous avons pu travailler avec des spectres de rayons X, d’ultraviolets et quatre mesures spectroscopiques prises entre six et dix heures après l’explosion », explique le docteur Yaron.

L’instabilité qu’ils ont découverte peut être un « préchauffage » régulier, prélude de l’explosion imminente

Dans une étude récemment publiée dans Nature Physics, le docteur Yaron, les professeurs Avishay Gal-Yam et Eran Ofek, chercheurs à l’Institut Weizmann  et leurs équipes, des chercheurs de l’Institut de Technologie de Californie et d’autres instituts des États-Unis, du Danemark, de Suède, d’Irlande, d’Israël et du Royaume-Uni ont analysé l’ensemble unique de données collectées montrant les premières heures de la supernova. La fenêtre temporelle était cruciale : elle a permis à l’équipe de détecter la matière qui enveloppait l’étoile avant son explosion, pendant qu’elle se réchauffait et s’ionisait et s’entourait enfin d’un nuage de matière stellaire en expansion. La comparaison entre les spectres précoces observés et les courbes d’intensité lumineuse avec les modèles existants, puis l’ajout d’observations radio ultérieures, ont conduit les chercheurs à la conclusion que l’explosion était précédée par une période d’instabilité d’environ un an.

Cette instabilité entraîne l’expulsion de matériaux des couches supérieures de l’étoile, formant ainsi la coquille circumstellaire de gaz observée dans les données. Cette supernova étant classée comme une supernova standard de type II, les chercheurs pensent que cette instabilité pourrait être un « préchauffage » habituel précédant une explosion imminente.

« Nous ne comprenons toujours pas exactement le processus par lequel une étoile explose pour donner une supernova, » dit le docteur Yaron, « Ces découvertes soulèvent de nouvelles questions, par exemple sur le déclencheur final qui entraine l’étoile  de l’état instable à l’explosion. Grâce à notre collaboration planétaire, nous pouvons orienter de nombreux télescopes sur ces phénomènes ; nous nous rapprochons de plus en plus d’une compréhension de ce qui se passe quand une étoile massive termine sa vie et de ce qui mène à l’explosion finale. »

Les recherches du professeur Avishay Gal-Yam sont financées par le Fond de Dotation pour l’Avancée des Sciences Benoziyo ; le Yeda-Sela Center for Basic Research ; l’Institut Deloro pour la Recherche Avancée sur l’Espace et l’Optique ; Paul et Tina Gardner (Austin, Texas). Le professeur Gal-Yam a reçu le prix Helen et Martin Kimmel pour Recherche Innovante.

Les recherches du docteur Eran Ofek sont financées par le Centre Helen Kimmel pour la Science Planétaire ; Paul et Tina Gardner (Austin, Texas) ; Ilan Gluzman (Secaucus, New Jersey) ; et le mécénat de Raymond Lapon.