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A-t-on identifié une pré-supernova ?

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Le système binaire avec l'étoile V445 Pupis et la coquille de matière éjectée par la nova de novembre 2000. On voit nettement l'évolution au cours du temps. Crédit : ESO

Les supernovae SN Ia sont essentielles pour établir et l'existence et les caractéristiques de l'énergie noire accélérant l'expansion de l'Univers. On aimerait en apprendre plus sur elles. Les astronomes de l'ESO viennent justement d'identifier une naine blanche dans un système binaire qui pourrait être une pré-supernova de ce genre.

Il existe deux grandes classes de supernovae, selon le type d'étoile qui a explosé. On les identifie grâce à la courbe de luminosité de la supernova, c'est-à-dire l'amplitude et les variations de l'intensité lumineuse associée à l'explosion de l'étoile. Pour être précis, un second critère intervient, basé sur la présence ou l'absence de certaines raies spectrales bien caractéristiques.

On distingue ainsi les supernovae de type SN II, étoiles massives possédant au moins 8 fois la masse du Soleil, qui explosent en laissant derrière elles une étoile à neutrons et parfois un trou noir, et les supernovae SN Ia qui proviennent de l’explosion d’une naine blanche dans un système binaire.

Les SN II montrent des raies caractéristiques de l'hydrogène mais pas les SN Ia. On interprète bien ce fait en faisant intervenir une naine blanche riche en carbone et en oxygène accrétant de la matière en provenance d'une étoile compagne, grâce à des forces de marée. Lorsque la masse ajoutée à la naine blanche s'approche de la masse limite dite de Chandrasekhar, les conditions de pression et de température dans l'étoile deviennent telles que la combustion du carbone démarre brutalement pour ne plus s'arrêter. L'étoile explose alors en libérant une quantité d'énergie énorme et expulse une matière contenant très peu d'hydrogène, contrairement, justement, à ce que l'on observe dans le cas des SN II.

Possédant une très grande luminosité intrinsèque, les explosions de type SN Ia sont visibles à des milliards d'années-lumière dans l'Univers et surtout, leurs magnitudes sont toutes assez voisines les unes des autres. Moyennant certaines corrections, on peut donc s'en servir comme indicateurs de distance. Cela fait des SN Ia des outils très précieux pour les cosmologistes et c'est grâce à elles que l'on a découvert l'existence de l'expansion accélérée de l'Univers, que l'on interprète par la présence dans le cosmos d'une mystérieuse énergie noire.

Si l'existence de l'énergie noire semble assez bien établie, sa nature exacte ne l’est pas, ce qui est inconfortable pour déterminer, par exemple, le destin futur de l'Univers. Dans certains cas cette énergie noire fait intervenir de la nouvelle physique, comme la supergravité, et elle peut même voir ses caractéristiques varier dans le temps au point qu'il est possible qu'elle arrête l'expansion de l'Univers, pour provoquer un Big Crunch dans quelques dizaines de milliards d'années seulement.

Il importe donc de bien comprendre la nature des SN Ia pour essayer d'affiner les mesures et tenter de départager les théories. C'est pourquoi l'étoile V445 Puppis observée par les astronomes de l'ESO avec le Very Large Telescope (VLT) est devenue depuis quelques années si intéressante.


Une animation montrant une naine blanche en train d'accréter de la matière arrachée à son étoile compagne. Lorsqu'une masse limite est atteinte, une supernova SN Ia se produit qui détruit complétement la naine blanche. Crédit : ESO

Cette binaire est située à environ 25.000 années-lumière et en novembre 2000 elle s'est transformée non en supernova mais en nova. Une explosion thermonucléaire s'est donc produite à sa surface mais bien insuffisante pour détruire l'étoile elle-même. Sa luminosité a alors été multipliée par 250 pendant quelque temps et de la matière a été éjectée. La luminosité normale de l'étoile étant 10.000 fois supérieure à celle du Soleil, les astrophysiciens en ont conclu que la naine blanche devait ne pas être très loin de la masse limite de Chandrasekhar. Ce qui a rendu V445 Puppis d'autant plus intéressante est que le spectre de la lumière de cette étoile variable en phase nova ne montre pas de signe de la présence d'hydrogène. Cela fait donc de V445 Puppis la première et unique candidate au titre de pré-supernova.

Grâce aux instruments du VLT utilisant la technique de l'optique adaptative, les astronomes ont pu étudier pendant des années l'évolution de la coquille de matière éjectée à près de 24 millions de kilomètres par heure en 2000 par la nova. La résolution atteinte est spectaculaire car avec quelques centaines de milliardièmes de seconde d'arc, cela revient à observer des détails de la taille d'une pièce de un euro à une distance de 40 kilomètres !

Comme l'expliquent les chercheurs de l'ESO, les images prises sur une période de deux années montrent clairement une enveloppe bipolaire, avec une ceinture très étroite au centre et deux lobes de chaque côté. On distingue aussi deux nœuds à chaque extrémité de l'enveloppe qui semblent se déplacer à environ 30 millions de kilomètres par heure. On peut noter la présence d'un épais disque de poussières obscurcissant les deux étoiles centrales, qui a dû être produit lors de l'éruption de novembre 2000. Les astronomes ont réalisé un film impressionnant montrant l’évolution dans le temps de ces structures en juxtaposant plusieurs des photos obtenues avec le VLT.

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