Pour la première fois, des astronomes ont obtenu la preuve visuelle qu'une étoile a trouvé la mort en explosant deux fois. En étudiant les restes séculaires de la supernova SNR 0509-67.5 avec le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire Européen Austral (ESO), ils ont trouvé des motifs qui confirment que l'étoile a subi deux explosions. Publiée aujourd'hui, cette découverte donne un nouvel éclairage à certaines des explosions les plus importantes de l'Univers.
La plupart des supernovae sont des explosions d'étoiles massives, mais une variété importante provient d'une source plus discrète. Les naines blanches, ces petits noyaux inactifs qui subsistent après que des étoiles comme notre Soleil aient épuisé leur combustible nucléaire, peuvent produire ce que les astronomes appellent une supernova de type Ia.
« Les explosions de naines blanches jouent un rôle crucial en astronomie », explique Priyam Das, doctorant à l'université de Nouvelle-Galles du Sud à Canberra, en Australie, qui a dirigé l'étude sur SNR 0509-67.5 publiée aujourd'hui dans Nature Astronomy. Une grande partie de nos connaissances sur l'expansion de l'Univers repose sur les supernovae de type Ia, qui constituent également la principale source de fer sur notre planète, y compris le fer dans notre sang. « Pourtant, malgré leur importance, l'énigme du mécanisme exact qui déclenche leur explosion n'a toujours pas été résolue », ajoute-t-il.
Tous les modèles qui expliquent les supernovae de type Ia commencent par une naine blanche au sein d'une paire d'étoiles. Si elle orbite suffisamment près de l'autre étoile de la paire, la naine peut voler de la matière à son partenaire. Selon la théorie la plus répandue sur les supernovae de type Ia, la naine blanche accumule la matière de son compagnon jusqu'à ce qu'elle atteigne une masse critique, à partir de laquelle elle subit une explosion unique. Toutefois, des études récentes ont laissé entendre qu'au moins certaines supernovae de type Ia pourraient être mieux expliquées par une double explosion déclenchée avant que l'étoile n'atteigne cette masse critique.
Aujourd'hui, des astronomes ont saisi une nouvelle image qui prouve que leur intuition était la bonne : au moins certaines supernovae de type Ia explosent plutôt par le biais d'un mécanisme de « double détonation ». Dans ce modèle alternatif, la naine blanche forme autour d'elle une couverture d'hélium volé, qui peut devenir instable et s'enflammer. Cette première explosion génère une onde de choc qui se propage autour de la naine blanche et vers l'intérieur, déclenchant une seconde détonation dans le noyau de l'étoile, ce qui donne naissance à la supernova.
Jusqu'à présent, il n'existait aucune preuve visuelle claire d'une naine blanche subissant une double détonation. Récemment, des astronomes ont prédit que ce processus créerait un motif distinctif ou une empreinte digitale dans les restes encore incandescents de la supernova, visible longtemps après l'explosion initiale. Les recherches suggèrent que les restes d'une telle supernova contiendraient deux coquilles de calcium distinctes.
Les astronomes ont maintenant trouvé cette empreinte dans les restes d'une supernova. Ivo Seitenzahl, qui a dirigé les observations et travaillait à l'Institut d'études théoriques de Heidelberg (Allemagne) lorsque l'étude a été réalisée, estime que ces résultats indiquent clairement que les naines blanches peuvent exploser bien avant d'atteindre la fameuse limite de masse de Chandrasekhar et que le mécanisme de « double détonation » existe bel et bien dans la nature. L'équipe a pu détecter ces couches de calcium (en bleu sur l'image) dans le vestige de la supernova SNR 0509-67.5 en l'observant avec le Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) sur le VLT de l'ESO. Cela prouve qu'une supernova de type Ia peut se produire avant que la naine blanche dont elle est issue n'atteigne une masse critique.
Les astronomes ont désormais découvert cette « empreinte » dans les restes d’une supernova. Ivo Seitenzahl, qui a dirigé les observations alors qu’il était à l’Institut d’études théoriques de Heidelberg, en Allemagne, explique que ces résultats constituent « une indication claire que les naines blanches peuvent exploser bien avant d’atteindre la célèbre limite de masse de Chandrasekhar et que le mécanisme dit de “double détonation” se produit bel et bien dans la nature ». L’équipe a pu détecter ces couches de calcium (en bleu sur l’image) dans les vestiges de la supernova SNR 0509-67.5 en l’observant avec le spectrographe MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) installé sur le VLT de l’ESO. Ces observations constituent une preuve solide qu’une supernova de type Ia peut se produire avant que la naine blanche à l’origine de l’explosion n’atteigne sa masse critique.
Les supernovae de type Ia sont essentielles à notre compréhension de l'Univers. Elles se comportent de manière très cohérente et leur luminosité prévisible - quelle que soit la distance à laquelle elles se trouvent - aide les astronomes à mesurer les distances dans l'espace. En les utilisant comme un mètre étalon cosmique, les astronomes ont découvert l'accélération de l'expansion de l'Univers, une découverte qui leur a valu le prix Nobel de physique en 2011. L'étude de leur explosion nous aide à comprendre pourquoi leur luminosité est si prévisible.
Priyam Das a également une autre motivation pour étudier ces explosions. « Cette preuve tangible d'une double détonation contribue non seulement à résoudre un mystère de longue date, mais offre également un spectacle visuel », explique-t-il en décrivant la « structure magnifiquement stratifiée » créée par une supernova. Pour lui, « révéler le fonctionnement interne d'une explosion cosmique aussi spectaculaire est incroyablement stimulant ».
Fourni par l'ESO
