Principal AstronomieLes astronomes découvrent enfin le type d'étoile qui conduit aux supernovae de type 1C

Les astronomes découvrent enfin le type d'étoile qui conduit aux supernovae de type 1C

Astronomie : Les astronomes découvrent enfin le type d'étoile qui conduit aux supernovae de type 1C

Comme les phénomènes astronomiques vont, les supernovae sont parmi les plus fascinants et spectaculaires. Ce processus se produit lorsque certains types d'étoiles atteignent la fin de leur vie, où elles explosent et jettent leurs couches extérieures. Grâce à des générations d’études, les astronomes ont pu classer la plupart des supernovae observées dans l’une des deux catégories (Type I et Type II) et déterminer les types d’étoiles qui sont les ancêtres de chacune d’elles.

Cependant, à ce jour, les astronomes n'ont pas été en mesure de déterminer quel type d'étoile conduirait finalement à une supernova de type Ic - une classe spéciale dans laquelle une étoile subit un effondrement du noyau après avoir été débarrassée de son hydrogène et de son hélium. Mais grâce aux efforts de deux équipes d'astronomes qui se sont penchés sur les données d'archives du télescope spatial Hubble, les scientifiques ont maintenant trouvé l'étoile tant recherchée qui est à l'origine de ce type de supernova.

Fondamentalement, on pense que les supernovae de type I résultent de systèmes binaires consistant en un nain blanc et une étoile accompagnant leur orbite étroitement. Au fil du temps, le nain blanc commencera à siphonner le matériau du compagnon jusqu'à ce qu'une masse critique soit atteinte. Le nain blanc suremballé subit alors un effondrement central et explose en une explosion incroyablement brillante de matière et d'énergie.

Dans le cas des supernovae de type Ic, qui représentent environ 20% des étoiles massives explosant après l'effondrement du noyau, l'étoile a perdu sa couche externe d'hydrogène et la majeure partie de son hélium. On pense que ces étoiles comptent parmi les plus massives connues - avec au moins 30 masses solaires - et restent brillantes même après la disparition de leurs couches extérieures. Il est donc mystérieux que les astronomes n'aient pas réussi à en repérer un avant la supernova.

Heureusement, en 2017, une supernova de type Ic a été observée se déroulant dans un groupe de jeunes étoiles de la galaxie spirale NGC 3938, située à environ 65 millions d'années-lumière. La découverte initiale a été faite par les astronomes aux observatoires Tenagra en Arizona, mais les deux équipes d’astronomes se sont tournées vers Hubble pour déterminer l’emplacement exact de la source.

La première équipe, dirigée par Schuyler D. Van Dyk - chercheur principal au Centre de traitement et d’analyse infrarouge (IPAC) de Caltech - a photographié la jeune supernova en juin 2017 avec la caméra à large champ 3 de Hubble (WFC 3). Ils ont ensuite utilisé cette image pour localiser l’ancêtre candidat dans les photos d’archives prises par Nimble NGC 3938 en décembre 2007.

La deuxième équipe, dirigée par Charles Kilpatrick de l'Université de Californie à Santa Cruz, a observé la supernova en juin 2017 sous forme d'images infrarouges à l'aide de l'un des télescopes de 10 m de l'observatoire WM Keck à Hawaii. L'équipe a ensuite analysé les mêmes photos d'archives de Hubble que l'équipe de Van Dyk pour en découvrir la source possible.

Image du télescope spatial Hubble de la NASA de la galaxie spirale NGC 3938 à proximité, montrant l'emplacement de la supernova 2017 dans un bras en spirale près du noyau brillant. Crédits: NASA, ESA, S. Van Dyk (Caltech) et W. Li (Université de Californie)

Les deux équipes ont publié des études indiquant que le progéniteur était probablement un supergéant bleu situé dans l’un des bras en spirale de NGC 3938. Comme Van Dyk l'a indiqué dans un communiqué de presse récent de la NASA , « Trouver un progéniteur de bonne foi d'une supernova Ic est un gros prix de la recherche de progéniteurs. Nous avons maintenant pour la première fois un objet candidat clairement détecté.

Le fait que la supernova (désignée SN 2017ein) ait été détectée en premier lieu a également été assez heureux, comme l'explique Kilpatrick:

«Nous avons eu la chance que la supernova soit proche et très brillante, environ 5 à 10 fois plus brillante que les autres supernovas de type Ic, ce qui a peut-être facilité la recherche du progéniteur. Les astronomes ont observé de nombreuses supernovas de type Ic, mais elles sont trop éloignées pour être résolues par Hubble. Vous avez besoin d'une de ces étoiles massives et brillantes d'une galaxie proche pour disparaître. Il semble que la plupart des supernovas de type Ic soient moins massives et donc moins brillantes, et c’est la raison pour laquelle nous n’avons pas été en mesure de les trouver.

Sur la base de leur évaluation du progéniteur, les deux équipes ont proposé deux possibilités pour l’identité de la source. D'un côté, ils ont suggéré qu'il pourrait s'agir d'une seule étoile lourde entre 45 et 55 masses solaires qui brûlaient très fort et très chaudement, le faisant brûler de ses couches extérieures d'hydrogène et d'hélium avant de subir un effondrement gravitationnel.

Vue artistique d’un système binaire composé de deux étoiles bleues massives. Crédit: NASA

Une autre possibilité était que le progéniteur soit un système binaire massif composé d'une étoile comprise entre 60 et 80 masses solaires et d'un compagnon de 48 masses solaires. Dans ce scénario, l'étoile la plus massive a été dépouillée de ses couches d'hydrogène et d'hélium par son compagnon avant d'exploser en tant que supernova.

La seconde possibilité était un peu surprenante, car ce n’est pas ce que les astronomes attendent à partir des modèles actuels. En ce qui concerne les supernovae de type I, les astronomes s’attendent à ce que les systèmes binaires soient constitués d’étoiles de masse inférieure, généralement une étoile à neutrons accompagnée d’un compagnon qui a quitté sa séquence principale pour s’étendre pour devenir une géante rouge.

La découverte de cet ancêtre a donc résolu un mystère pour les astronomes. Ils savent depuis quelque temps que les supernovae de type Ic sont déficients en hydrogène et en hélium et ne savent pas trop pourquoi. Une explication possible est qu’ils ont été dépouillés par des vents forts de particules chargées. Mais aucune preuve de cela n'a jamais été trouvée.

L'autre possibilité impliquait des paires binaires en orbite proche dans lesquelles une étoile était dépouillée de ses couches externes avant son explosion. Mais dans ce cas, ils ont découvert que l’étoile dépouillée était encore suffisamment massive pour qu’elle explose en tant que supernova de type Ic.

Illustration d'une masse accrétante de nain blanc en dépouillant son plus grand compagnon binaire. Crédit: ESO / Kornmesser

Ori Fox, chercheur à l'Institut scientifique du télescope spatial (STSI) à Baltimore et membre de l'équipe de Van Dyk, a expliqué:

«La désenchevêtrement de ces deux scénarios pour la production de supernovas de type Ic a une incidence sur notre compréhension de l'évolution stellaire et de la formation d'étoiles, notamment de la manière dont les masses d'étoiles sont distribuées à la naissance et du nombre d'étoiles formées dans des systèmes binaires en interaction. Et ce sont des questions que non seulement les astronomes qui étudient les supernovas veulent savoir, mais que tous les astronomes cherchent. "

Les deux équipes ont également indiqué qu’elles ne seraient pas en mesure de confirmer l’identité de la star génitrice avant la disparition de la supernova dans environ deux ans. À ce stade, ils espèrent utiliser le télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA, dont le lancement est prévu en 2021, pour voir si le progéniteur est toujours très brillant (comme prévu) et effectuer des mesures plus précises de sa luminosité et de sa masse.

Cette dernière découverte non seulement comble certaines des lacunes de nos connaissances sur le comportement de certaines étoiles lorsqu'elles atteignent la fin de leur phase de séquence principale, mais elle offre également aux astronomes l'occasion d'en apprendre davantage sur la formation et l'évolution des étoiles dans notre univers. . Lorsque les télescopes de nouvelle génération seront disponibles dans les années à venir, les astronomes espèrent obtenir des informations essentielles sur ces questions.

L'étude dirigée par Van Dyk intitulée «SN 2017ein et la première identification possible d'un progéniteur de supernova de type Ic» a été publiée dans The Astrophysical Journal en juin. La deuxième étude, «Un géniteur potentiel de la supernova 2017ein de type Ic», a été publiée dans les Avis mensuels de la Société royale d’astronomie en octobre dernier.

Lectures complémentaires: NASA, The Astrophysical Journal, MNRAS

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