Selon des astronomes de l’université nationale australienne (ASTRO 3D), l’étoile SMSS J200322.54-114203.3, ici pointée au centre de l’image, est le résultat de l’explosion d’une étoile massive en hypernova. © prasitphoto, Adobe Stock
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Cette étoile mystérieuse renait des cendres d'une hypernova !

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À la périphérie de la Voie lactée, il est une étoile mystérieuse. Une étoile qui a surpris les astronomes par sa composition originale. Selon eux, elle ne peut s'expliquer que par l'explosion passée d'une étoile massive en hypernova. Un phénomène extrêmement violent qui s'est joué dans l'enfance de l'Univers. Et qui pourrait aider à comprendre comment les éléments lourds se sont formés.

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[EN VIDÉO] Deux étoiles à neutrons fusionnent en un trou noir  Dans cette animation (ce n'est pas une observation), la Nasa montre ce que l'on pense être la collision de deux étoiles à neutrons qui formaient un couple, l'une tournant autour de l'autre. Résultant de l'effondrement d'une grosse étoile, ces astres sont extrêmement denses. Quand les deux corps se rapprochent trop, les forces de marée commencent à les déchirer. Les zones rouges montrent les régions de plus faible densité. La fusion donne un corps si dense qu'il devient un trou noir. Ce scénario a été validé en octobre 2017 par l'analyse d'ondes gravitationnelles repérées par Ligo et Virgo en août 2017 issues de la source baptisée GW170817. © Nasa 

Elle s'appelle SMSS J200322.54-114203.3. Pas simple à retenir. Pourtant, cette étoile sort du lot. Elle est située à quelque 7.500 années-lumière de notre Soleil, dans la périphérie de la Voie lactée. Elle présente une composition des plus étranges. Une faible teneur en fer, mais des quantités élevées d'azote, de zinc, d'uranium, d'europium et peut-être même d'or. En d'autres mots, plus d'éléments lourds qu'elle ne devrait en avoir.

Pour expliquer cette composition, des astronomes de l’Université nationale australienne (Astro 3D) avancent aujourd'hui qu'il n'y a qu'une seule possibilité. SMSS J200322.54-114203.3 a du naître des cendres d'une explosion prévue par la théorie, mais jamais encore observé : l'explosion d'une étoile en hypernova magnétorotationnelle. Un peu comme une explosion en supernova, mais amplifiée par la rotation rapide de l'étoile en présence de champs magnétiques intenses.

Rappelons que pour former des éléments plus lourds que le fer, l'Univers doit compter sur des forces intenses. De type fusion d'étoiles à neutron ou explosion d'étoiles massives en supernova. Les éléments lourds sont en effet formés lorsque des éléments plus légers absorbent de nombreux neutrons. Certains se désintègrent en protons et atterrissent finalement sur un isotope stable d'un élément lourd. Ces éléments sont ensuite dispersés dans le milieu interstellaire par la force de l'explosion ou de la collision. Ils finissent leur course dans d'autres étoiles ou sur des planètes comme la Terre.

Une hypernova : la seule explication possible

Première observation importante concernant SMSS J200322.54-114203.3 : elle présente une teneur en fer extrêmement faible par rapport à sa teneur en hydrogène. Près de 3.000 fois inférieure à celle de notre Soleil. Comme le fer est produit par fusion du carbone dans les étoiles massives puis dispersé à leur mort, seule une étoile formée dans la jeunesse d'une galaxie peut contenir aussi peu de fer. Ce qui fait dire aux astronomes que l'étoile mystérieuse a dû se former alors que la Voie lactée était encore très jeune. Il y a quelque 13 milliards d'années. Dans l'enfance même de notre Univers.

Ainsi SMSS J200322.54-114203.3 est apparu trop tôt dans l'histoire de l'Univers pour qu'une collision d’étoiles à neutrons ait pu produire tous les éléments mesurés par les chercheurs. Et son abondance élevée en zinc les oriente vers une explosion très énergétique. « C'est même un marqueur certain d'une explosion en hypernova », souligne Brian Schmidt, cosmologiste coauteur de l'étude et prix Nobel de physique en 2011. Une explosion environ 10 fois plus énergétique qu'une supernova ordinaire.

La concentration en azote semble, quant à elle, confirmer que l'étoile source -- une étoile probablement 25 fois plus massive que le Soleil et hautement magnétisée -- de SMSS J200322.54-114203.3 devait être en rotation très rapide. C'est en effet ainsi que l'hydrogène et le carbone d'une étoile peuvent se rassembler pour former l'élément autrement plus rare.

Les astronomes ont-ils retrouvé aussi la trace du trou noir qui a dû résulter de cette explosion massive ? Non. Mais la composition de SMSS J200322.54-114203.3 ne semble pas explicable autrement que par une explosion en hypernova. Et ils expliquent que si d'autres étoiles de même type ont pu apparaître dans l'Univers, elles se sont sans doute déjà éteintes. Ou retrouvées diluées dans des restes de supernovae plus ordinaires.

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