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L'étrange souffle d'une supernova est trop bleu pour une naine blanche

Dans la lumière anormale émise par une supernova, les astrophysiciens ont vu la première signature du souffle de l’explosion d’une naine blanche à l’origine d’une SN Ia. Il aurait rendu plus lumineuse son étoile compagne à l’origine de l’explosion, donnant la preuve que certaines SN Ia ne sont pas des collisions de naines blanches.

Cette image de la supernova 2012cg a été prise avec le télescope de 1,2 m du Fred Lawrence Whipple Observatory. Elle montre en violet la galaxie spirale NGC 4424 située à 50 millions d’années-lumière de la Voie lactée. La supernova apparaît en bleue sur la bordure de la galaxie. © Peter Challis, Harvard-Smithsonian CfA Cette image de la supernova 2012cg a été prise avec le télescope de 1,2 m du Fred Lawrence Whipple Observatory. Elle montre en violet la galaxie spirale NGC 4424 située à 50 millions d’années-lumière de la Voie lactée. La supernova apparaît en bleue sur la bordure de la galaxie. © Peter Challis, Harvard-Smithsonian CfA

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supernova naine blanche supernova 2012cg Peter Challis Harvard-Smithsonian Cf A

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Après l’observation de l'onde de choc d’une supernova SN II par le satellite Kepler, une autre, réalisée à l’aide du KAIT (Katzman Automatic Imaging Telescope), dévoile à son tour une explosion mais celle d'une supernova SN Ia. Avec elle, tout commence avec un système binaire contenant deux étoiles nées à peu près en même temps dans une pouponnière stellaire. L’une étant plus massive que l’autre, mais en dessous de 8 masses solaires environ, elle devient en fin de vie une naine blanche dont la masse est inférieure à celle de Chandrasekhar, soit environ 1,4 masse solaire. La seconde, encore sur la séquence principale ou devenue une géante rouge, se voit dépouillée d’une partie de son gaz par les forces de marée de la naine blanche, faisant alors grimper la masse de la première. Une fois la masse de Chandrasekhar atteinte, des réactions thermonucléaires de fusion du carbone et de l’oxygène s’emballent et conduisent à une explosion détruisant complètement l’astre sans laisser de cadavre stellaire du genre étoile à neutrons ou trou noir.

Comme l’explosion se produit toujours avec un objet ayant la même masse et selon les mêmes modalités, sa luminosité doit peu varier et on pouvait donc se servir des SN Ia comme des sortes de chandelles standards pour déterminer des distances et effectuer divers tests de cosmologie relativiste. L’étude des SN Ia s’est retrouvée sur le devant de la scène quand elle a révélé l’accélération de l’expansion de l’univers observable et que l’on a réalisé qu’on pouvait utiliser ce phénomène pour tenter de déterminer la nature de l'énergie noire.

Mais depuis environ une décennie environ, l’étude des SN Ia a conduit les astrophysiciens à avoir des doutes. Certaines explosions étant anormalement brillantes, l’idée que bon nombre d’entre elles étaient en réalité des collisions de naines blanches a commencé à s’imposer. Cela ne remettait pas en question la découverte de l’énergie noire mais rendait plus difficile l’obtention de contraintes précises étant donné que l’on ne savait pas quelle proportion des SN Ia était conforme au scénario canonique et quelle proportion ne l’était pas.


Extrait du documentaire Du Big bang au vivant (www.dubigbangauvivant.com). Jean-Pierre Luminet parle de l’évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges puis en naines blanches. © ECP Productions

La première preuve du scénario standard pour les SN Ia ?

Aujourd’hui, un groupe d’astrophysiciens vient de déposer sur arxiv un article qui tend à montrer que certaines SN Ia sont bien conformes à l’idée que s’en faisaient les chercheurs depuis le début… ou presque. Tout a commencé avec la découverte en 2012 de la supernova 2012cg à l’aide du KAIT. Sa courbe de lumière a montré qu’elle était bien caractéristique d’une des classes de supernovae établies dans les années 1930 par le neveu d’Hermann Minkowski, Rudolph Minkowski, et les astronomes Fritz Zwicky et Walter Baade. En clair, il s’agissait bien d’une SN Ia. Par chance, les observations ont pu en être faites au tout début de l’explosion, ce qui a permis de découvrir dans son spectre une composante de lumière bleue anormale.

Pas si anormale que cela en fait, car elle correspondait à une prédiction théorique issue des modèles développés par l’astrophysicien Daniel Kasen, celle de l’effet du souffle de l’explosion de la naine blanche sur son étoile compagne proche dans le cadre du scénario standard avec les SN Ia. En comprimant la partie de l’étoile faisant face à l’explosion, elle aurait fait grimper sa température et donc sa luminosité. Si l’on se fie aux modèles, l’étoile compagne n’était pas une géante rouge et, avec une masse d’environ 6 fois celle du Soleil, elle brûlait encore de l’hydrogène.

Il ne s’agit encore que d’une observation isolée avec des mesures imprécises. Mais il est tout à fait possible que l’on tienne là la première preuve que les SN Ia sont effectivement parfois le résultat de l’évolution d’une étoile double où seule l’une d’entre elles est une naine blanche conduisant à une supernova.


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