La galaxie spirale M101 observée en 2007 à gauche et en novembre 2011 à droite. La supernova SN 211 fe est visible en ultraviolet sous la forme d'une seule source ponctuelle. © Nasa/Swift/Peter Brown, Univ. of Utah

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Supernova SN Ia : la thèse des collisions de naines blanches se renforce

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Un changement de paradigme devient de plus en plus probable avec les supernovae SN Ia utilisées pour étudier l'énergie noire.Les La thèse des collisions de naines blanches, expliquant leur l'origine, reçoit le soutient des observations du satellite Swift.

Il est probablement juste de dire que bien des manuels d'astrophysique vieux d'au moins dix ans expliquent l'origine des supernovae SN Ia avec une naine blanche accrétant de la matière jusqu'à atteindre la fameuse masse limite de Chandrasekhar. On sait en effet que les étoiles de la Voie lactée vivent majoritairement en couple. Beaucoup sont moins massives que le Soleil et comme lui, elles finiront leur vie paisiblement sous forme de naine blanche. En théorie du moins car si elles font partie d'un système binaire contenant une étoile n'étant pas encore arrivée au même stade d'évolution, leur destin peut être bien plus spectaculaire. Ainsi, si elles sont suffisamment proches d'une géante rouge, ou même d'une étoile encore sur la séquence principale, les forces de marée de la naine blanche peuvent être telles qu'un transfert de matière de l'étoile à la naine va se produire, augmentant sa masse.

Lorsque celle-ci atteint 1,4 masse solaire, les lois de la mécanique quantique et de la relativité restreinte la rendent inévitablement instable et elle doit s'effondrer. Le processus enclencherait surtout des réactions thermonucléaires de fusion du carbone et de l'oxygène et une explosion se produit alors, soufflant toute l'étoile.

Comme cette explosion se fait à masse constante, sa luminosité intrinsèque doit faiblement varier. Celle-ci étant très importante, les SN Ia sont donc de bons indicateurs de distances pour sonder l'univers observable et étudier son expansion à des milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Ce sont précisément ces propriétés qui ont permis à Saul Perlmutter et ses collègues de mettre en évidence l'expansion accélérée du cosmos observable.

Tel était donc le paradigme, pour reprendre le concept épistémologique introduit par Thomas Khun, associé à la théorie des SN Ia.

Trois modèles pour l'origine des SN Ia. À gauche, une géante rouge avec une naine blanche accrétant de la matière et à droite deux naines blanches formant un système binaire. Au milieu, une étoile de type solaire perdant elle aussi de la matière, arrachée par les forces de marée de son étoile compagne, une naine blanche. © Nasa/Swift/Aurore Simonnet, Sonoma State Univ.

Toutefois, depuis quelques années, une autre théorie prend du poids. Les preuves s'accumulent montrant que certaines SN Ia sont le résultat de collisions  de naines blanches. Il semble de plus en plus probable que ce soit le cas de la grande majorité d'entre elles. En effet, sans qu'il soit encore possible de l'affirmer avec certitude, les observations effectuées en ultraviolet et dans le domaine des rayons X par le satellite Swift soutiennent aujourd'hui cette théorie.

Pas d'émissions X associées aux géantes

Initialement, le satellite Swift avait pour but de détecter les sursauts gamma, d'en préciser la position grâce aux instruments X-ray Telescope (XRT) et Ultraviolet/Optical Telescope (UVOT), enfin de suivre ces sursauts pendant plusieurs heures à plusieurs jours avec tous ses instruments. Mais les astrophysiciens peuvent s'en servir pour tester aussi les théories sur les supernovae SN Ia. Ce n'est guère surprenant puisque l'on explique les sursauts gamma soit avec des hypernovae, soit des collisions d'étoiles à neutrons.

Swift a permis d'étudier plus de 200 supernovae dont 30 % environ sont des SN Ia. Les astrophysiciens ont ainsi scruté les émissions en rayons X de 53 de ces supernovae les plus proches... pour n'en découvrir aucune !

Plus précisément, ils sont partis de l'hypothèse que l'onde de choc des supernovae doit entrer en collision avec les gaz de l'étoile compagne de la naine blanche si celle-ci est une géante ou une étoile de type solaire. Si de telles étoiles étaient présentes, le choc aurait dû se manifester comme une deuxième source intense de rayons X. Que les observations n'aient rien montré de tel prouverait donc clairement que ces SN Ia sont le fait de collisions de naines blanches.

De même, dans le domaine des ultraviolets, l'instrument Uvot aurait dû voir une augmentation des émissions associées à une étoile compagne pour les mêmes raisons, dans le cas de 12 SN Ia étudiées par les chercheurs.

Deux articles publiés récemment sur arxivrenforcent aussi la thèse des collisions de naines blanches. Ils concernent la supernova SN 2011 fe, la SN Ia la plus proche observée depuis 1986 car elle s'est produite à seulement 21 millions d'années-lumière de la Terre, dans la galaxie spirale M101. Là aussi, les émissions en rayons X et ultraviolet n'autoriseraient la présence que d'une étoile de type solaire, tout au plus.

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