Découverte d’un type rare de supernova dont l’existence n’était que supposée
Une équipe internationale d’astronomes a révélé les premières preuves convaincantes d’un nouveau type d’explosion stellaire : une supernova à capture d’électrons (electron-capture supernova).
Pendant deux ans, l’équipe a recueilli des données détaillées sur la supernova 2018zd, que les astronomes ont repérée en mars 2018, quelques heures seulement après son explosion à 31 millions d’années-lumière dans la galaxie NGC 2146. Ils ont maintenant confirmé que ce lointain feu d’artifice est un nouveau troisième type de supernova.
Image d’entête : la supernova 2018zd (le gros point blanc à droite) et la galaxie hôte NGC 2146 (vers la gauche). (NASA/ STScI/ J. DePasquale/ LCO)
Selon Stefano Valenti de l’Université de Californie à Davis, et coauteur de la nouvelle étude publiée :
L’une des principales questions en astronomie est de comparer comment les étoiles évoluent et comment elles meurent.
Il y a beaucoup de liens encore manquants, donc c’est très excitant.
Jusqu’à présent, les astronomes n’ont observé que deux grands types de supernova. Une supernova thermonucléaire se produit lorsque le cadavre d’une étoile de faible masse, appelée naine blanche, accumule de la matière provenant d’une compagne dans un système d’étoiles binaires, atteint une masse critique et explose.
Une supernova à effondrement de cœur se produit lorsqu’une étoile dont la masse est plus de dix fois supérieure à celle de notre Soleil épuise son combustible nucléaire. Pendant toute sa vie, l’énergie produite par la fusion des éléments dans le cœur d’une étoile l’empêche de s’effondrer sous l’effet de la gravité, mais lorsque l’étoile commence à produire du fer, cela signifie la fin de son processus de fusion. Le fer a besoin d’absorber de l’énergie pour fusionner en éléments plus lourds, et sans énergie pour se soutenir, l’étoile s’effondre sous son propre poids pour former un trou noir ou une étoile à neutrons.
En 1980, un troisième type a été prédit par l’astrophysicien Ken’ichi Nomoto de l’université de Tokyo. Selon la théorie de Nomoto, une supernova à capture d’électrons se situerait à la frontière entre les deux autres types de supernovas, se produisant dans des étoiles qui ne sont pas assez grandes pour créer du fer et qui arrêtent la fusion lorsque leur noyau est composé d’oxygène, de néon et de magnésium. Lorsqu’une telle étoile n’a plus de combustible, la gravité comprime les atomes du noyau, forçant les électrons à entrer dans leur noyau atomique, ce qui provoque l’effondrement de l’étoile.
Cette nouvelle étude, dirigée par Daichi Hiramatsu de l’Université de Californie à Santa Barbara et de l’Observatoire de Las Cumbres, a révélé que SN 2018zd présentait six indicateurs clés prévus par la théorie, notamment une perte de masse élevée avant l’explosion, une composition chimique stellaire inhabituelle, une faible explosion, une faible radioactivité et un noyau riche en neutrons.
L’équipe a également examiné les images d’archives du télescope spatial Hubble datant d’avant l’explosion pour montrer que l’étoile progénitrice ressemblait à une étoile massive de la branche super-asymptotique des géantes (Étoiles super-AGB ou SAGB).
Représentation artistique d’une étoile de la branche géante super-asymptotique et de son noyau composé d’oxygène, de néon et de magnésium. C’est l’état final des étoiles d’environ 8 à 10 masses solaires, dont le noyau est soutenu par la pression des électrons. Lorsque le noyau devient suffisamment dense, le néon et le magnésium commencent à manger des électrons, ce qui réduit la pression du noyau et provoque une explosion de supernova avec effondrement du noyau. (S. Wilkinson/ Las Cumbres Observatory)
D’après Hiramatsu :
Nous avons commencé par nous demander : « Qu’est-ce que c’est que ce phénomène bizarre ? Puis nous avons examiné tous les aspects de SN 2018zd et nous avons réalisé que tous pouvaient être expliqués dans le scénario de capture d’électrons.
La confirmation de ce nouveau type de supernova pourrait également éclairer un mystère vieux de 1000 ans.
En 1054, une supernova a explosé dans notre propre galaxie. Des astronomes chinois ont noté qu’elle était si brillante qu’elle pouvait être vue de jour pendant trois semaines et de nuit pendant près de deux ans. Aujourd’hui encore, nous pouvons la voir sous la forme de la nébuleuse du Crabe.
La nébuleuse du Crabe. (NASA/ CXC/ SAO)
De nombreux astronomes ont soupçonné que l’explosion était une supernova à capture d’électrons, une idée soutenue par cette nouvelle recherche.
Selon Nomoto, de l’Université de Tokyo et coauteur de la nouvelle étude :
Je suis très heureux que l’on ait finalement découvert la supernova à capture d’électrons, dont mes collègues et moi avions prédit l’existence et le lien avec la nébuleuse du Crabe il y a 40 ans. « C’est un merveilleux cas de combinaison des observations et de la théorie.
L’étude publiée dans Nature Astronomy : The electron-capture origin of supernova 2018zd et présentée sur le site de l’Observatoire de Las Cumbres : A New Type of Supernova Illuminates an Old Mystery.