Les restes de supernovae se présentent sous forme d'images somptueuses dans les télescopes modernes comme Hubble ou le James-Webb. On peut aussi les étudier en rayons X ou dans le domaine radio. Des décennies d'observations permettent de voir les mouvements de ces restes qui sont ceux du souffle de l'explosion des supernovae se propageant dans le milieu interstellaire. On peut en effet réaliser des films avec les images prises au cours du temps comme le montrent les deux derniers réalisés par la Nasa.
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À la fin du XVIe siècle, les astronomesastronomes Tycho Brahe et Johaness Kepler (auxquels Jean-Pierre LuminetJean-Pierre Luminet a consacré des romans dans sa saga Les Bâtisseurs du Ciel) introduisirent le terme de nova stella, qui veut dire « étoile nouvelle » en latin, pour qualifier l'apparition transitoire de nouvelles étoiles sur la voûte céleste. En 1572, lorsque Tycho Brahe et ses contemporains découvrent ce qui semble être une étoile nouvelle dans la constellation de Cassiopée, plus brillante que VénusVénus et avec une magnitude apparente de -4, il comprend rapidement que ce que nous appelons aujourd'hui SNSN 1572 (ou Nova de Tycho) doit se trouver plus loin de la Terre qu'une planète, car pendant les mois où elle est restée visible, il ne constate aucun mouvement et aucune parallaxeparallaxe sur la voûte céleste par rapport aux étoiles fixes, contrairement aux planètes.
D'une magnitude apparente de 8,4 et située à 6 500 années-lumière de la Terre dans la constellation du Taureau, la nébuleuse du Crabe peut être repérée avec un petit télescope et sa meilleure observation est en janvier. La nébuleuse a été découverte par l’astronome anglais John Bevis en 1731, puis observée par Charles Messier qui l’a confondue avec la comète de Halley. L’observation de la nébuleuse par Messier l’a inspiré pour la création d'un catalogue d’objets célestes pouvant être confondus avec des comètes. Dans cette vidéo, le Dr Padi Boyd nous emmène dans un voyage à travers la nébuleuse, nous enseignant certaines des sciences intéressantes derrière cette célèbre image de Hubble. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © NASA Goddard
Des restes de supernovae sous les yeux des télescopes spatiaux en orbite
Mais ni Brahe ni Kepler n'avaient les moyens de savoir de quoi il s'agissait vraiment. Il faudra attendre la découverte de la physiquephysique nucléaire et de la relativité généralerelativité générale et leur développement dans les années 1930 pour cela, notamment avec les travaux d’Oppenheimer. De nos jours, nous observons les restes de ces cataclysmiques explosions d'étoiles que sont les supernovaesupernovae, des flots de plasma chaud à l'existence éphémère par rapport au temps de vie des étoiles, mais dont on a toutes les raisons de penser qu'elles sont à l'origine de bien des rayons cosmiquesrayons cosmiques qui frappent la Terre à des énergiesénergies bien supérieures à celles que la noosphère peut créer sur sa Planète bleue avec le LHCLHC.
L'étude des restes de supernovae peut se faire en rayons Xrayons X, notamment avec le mythique télescope spatial Chandratélescope spatial Chandra de la NasaNasa, mais également avec des télescopes comme Hubble et le James-Webb. Depuis des années, en compilant des images prises à différents moments, il est même possible de faire des films des mouvements de la matièrematière dans certains restes de supernovae.
Cette vidéo présente l’image NIRCam (Near-Infrared Camera) de Webb du reste de la supernova Cassiopée A (Cas A). La haute résolution de NIRCam détecte de minuscules nœuds de gaz résultant de l’explosion de l’étoile, ainsi que des échos lumineux dispersés dans le champ de vision. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Video: Danielle Kirshenblat (STScI), Image: NASA, ESA, CSA, STScI, Science: Danny Milisavljevic (Purdue University), Ilse De Looze (UGent), Tea Temim (Princeton University)
Deux décennies d'images des mouvements des nébuleuses
La Nasa vient justement de mettre en ligne les derniers réalisés au cours de deux décennies avec les fameuses nébuleuses du Crabenébuleuses du Crabe et Cassiopée A.
Le communiqué qui accompagne ces images explique que « la nébuleuse du Crabe, résultat d'une brillante explosion de supernova observée par des astronomes chinois et autres en 1054, se trouve à 6 500 années-lumièreannées-lumière de la Terre. En son centre se trouve une étoile à neutronsétoile à neutrons, un objet compact ultra-dense produit par la supernova. Alors qu'il tourne environ 30 fois par seconde, son faisceau de rayonnement traverse la Terre à chaque rotation, comme un phare cosmique.
À mesure que le jeune pulsarpulsar ralentit, de grandes quantités d'énergie sont injectées dans son environnement. En particulier, un ventvent de matière et de particules d'antimatière à grande vitessevitesse s'abat sur la nébuleuse environnante, créant une onde de choc qui forme l'anneau vu dans le film. Les jets provenant des pôles du pulsar crachent des particules de matière et d'antimatièreantimatière émettant des rayons X dans une direction perpendiculaire à l'anneau ».
De nouveaux films de deux des objets les plus célèbres du ciel – la nébuleuse du Crabe et Cassiopée A – sont diffusés par l’observatoire à rayons X Chandra de la Nasa. Chacun comprend des données radiographiques collectées par Chandra sur environ deux décennies. Ils montrent des changements spectaculaires dans les débris et les radiations restant après l’explosion de deux étoiles massives de notre Galaxie. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory
Un deuxième film montre Cassiopée A (Cas A, en abrégé) qui est le reste d'une supernova qui aurait explosé il y a environ 340 ans dans le ciel terrestre. Le communiqué de la Nasa explique dans son cas que le film montre la région extérieure de Cas A et donc l'onde de choc en expansion de l'explosion semblable aux bangs soniques générés par un avion supersonique.
Le communiqué précise : « À mesure que l'onde de choc se déplace vers l'extérieur, elle rencontre les matériaux environnants et ralentit, générant une deuxième onde de choc qui recule par rapport à l'onde de choc, analogue à un embouteillage reculant à partir du lieu d'un accidentaccident sur une autoroute. Cas A a été l'une des cibles les plus observées et les images les plus publiées de la mission Chandra. Il s'agissait de la première image officielle de Chandra en 1999. Après le lancement en orbiteorbite de la navette spatiale ColumbiaColumbia, l'observatoire a rapidement découvert pour la première fois une source ponctuelle de rayons X au centre de Cas A, confirmée plus tard comme étant une étoile à neutrons.
Au fil des années, les astronomes ont utilisé Chandra pour découvrir des preuves de la présence d'un « superfluidesuperfluide » à l'intérieur de l'étoile à neutrons de Cas A, pour révéler que l'étoile massive d'origine s'était peut-être retournée lors de son explosion, et pour franchir une étape importante dans la détermination précise de la manière dont les étoiles géantesétoiles géantes explosent. Chandra a également cartographié les éléments forgés à l'intérieur de l'étoile, qui se déplacent désormais dans l'espace pour aider à germer la prochaine génération d'étoiles et de planètes. Plus récemment, les données de Chandra ont été combinées avec celles du télescope spatial James-Webb de la Nasa pour aider à déterminer l'origine de structures mystérieuses au sein des vestiges ».
Le saviez-vous ?
En 1912, le physicien autrichien Victor Franz Hess découvre l’existence des rayons cosmiques. À l’aide d’expériences réalisées en ballon, il constate que le taux d’ions présents dans l’atmosphère augmente avec l’altitude alors que l’on imaginait jusque-là l'inverse, puisque c'est la croûte terrestre qui abrite les éléments radioactifs. Ces mesures en altitude démontrent donc qu'il existe un rayonnement ionisant en provenance de l’espace et frappant les hautes couches de l’atmosphère.
Dans les décennies qui suivirent, l’étude des rayons cosmiques permit de découvrir de nouvelles particules élémentaires, comme les pions et les muons, avant que l’on ne construise après la Seconde Guerre mondiale des accélérateurs suffisamment puissants pour les produire directement en laboratoire.
La question de l’origine de ces rayons s’est bien sûr posée et, dès 1949, le grand physicien Enrico Fermi a proposé des mécanismes d’accélération des particules chargées dans des nuages interstellaires magnétisés. Par la suite, on a généralement admis que les rayons cosmiques doivent probablement leur existence aux explosions de supernovae et que les mécanismes de Fermi, rassemblés sous le nom d’accélération de Fermi, doivent être à l’œuvre dans les restes de supernovae. En gros, des passages successifs des particules chargées à travers le front de l’onde de choc causée par l’explosion d’une supernova, en raison de mouvements browniens, peuvent parfois conduire à une nette accélération pour certaines d’entre elles.
