A-t-on retrouvé le coeur de la supernova ?

Publié par Redbran le 15/12/2019 à 14:00
Source: CEA IRFU

Le coeur chaud de la supernova SN 1987A
Une équipe internationale, dirigée par des astronomes de l'Université de Cardiff et à laquelle a participé le Département d'Astrophysique du CEA-Irfu, a peut-être repéré pour le première fois le reste compact de la dernière explosion (Une explosion est la transformation rapide d'une matière en une autre matière ayant un...) d'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une...) visible à l'oeil qui est survenue le 23 février 1987 dans une galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de...) voisine, le Grand Nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) de Magellan, à seulement 160 000 années-lumière.

En utilisant les images à haute résolution du radio-télescope ALMA dans le désert (Le mot désert désigne aujourd’hui une zone stérile ou peu propice à la...) d'Atacama au nord (Le nord est un point cardinal, opposé au sud.) du Chili, l'équipe a découvert une petite zone de poussières, plus chaude que son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...), et qui pourrait correspondre à l'emplacement supposé de l'étoile à neutrons compacte qui, selon les modèles, aurait du se former lors de l'explosion. Cet objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans...) compact était recherché sans succès depuis plus de 30 ans. Cette découverte indirecte demande néanmoins à être confirmée par des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) complémentaires. Ces résultats sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal.

La plus proche des supernovae depuis Kepler

Le 23 février 1987, une nouvelle étoile (ou supernova) est apparue dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) de l'hémisphère sud (L'hémisphère sud ou hémisphère austral est la moitié du globe terrestre...). Sa lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...), qui est alors parvenue sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...), révélait en fait une puissante explosion d'étoile dont la luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit...) à atteint plus de 100 millions de fois celle du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...). Elle a continué à briller pendant plusieurs mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps...). Cette supernova (Une supernova est l'ensemble des phénomènes conséquents à l'explosion d'une...), qui est la seule supernova visible à l'oeil nu, depuis celle découverte par Kepler en 1604, a été baptisée SN 1987A (selon l'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) et son numero d'ordre).

SN 1987A restera sans conteste un des évènements astronomiques majeurs du XXème siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui...). Aucun objet céleste (Un astre, ou objet céleste est un objet de l'Univers. Les règles d'accès et...) n'a été à ce jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...) sujet d'autant de recherches et de publications. Une des découvertes majeures fut la première détection de neutrinos cosmiques, considérée comme une preuve indirecte de la formation d'un objet compact, une étoile à neutrons, résultant de l'effondrement du coeur de l'étoile qui a implosé. Cette étoile à neutrons en rotation rapide devait se manifester par une émission périodique, un pulsar (Un pulsar est le nom donné à une étoile à neutrons, tournant très...), une fois l'enveloppe de la supernova dissipée. L'autre résultat important fut l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...) que des poussières s'étaient condensées dans les éjecta, quelques 400 jours après l'explosion de la supernova. Ces poussières pouvaient donc masquer un certain temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) le pulsar attendu. Mais plus de trente ans après l'explosion, ce pulsar n'a toujours pas été détecté.


Emplacement de la supernova SN 1987A dans la galaxie proche du Grand Nuage de Magellan, à environ 160 000 années-lumière de la Terre

Une trop abondante poussière

La proximité relative de SN 1987A a permis une étude détaillée de l'évolution des éjecta. Dans le cadre d'un projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) international baptisé "SAINTS" (pour SN 1987A INtensive Study) les astrophysiciens ont continué à étudier son évolution avec le satellite (Satellite peut faire référence à :) Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en...) et les grands télescopes au sol (VLT et Gemini), révélant au passage sa spectaculaire morphologie en "collier de perles". SN 1987A a été également observée régulièrement dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) par une équipe internationale conduite conjointement par Patrice Bouchet du Département d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) du CEA (DAp) et Eli Dwek du Goddard Space Flight Center de la NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de...), permettant l'étude des différents chocs dans ce milieu extrêmement mouvementé.

Finalement en 2010, le satellite infrarouge européen Herschel, à la surprise générale, détectait au sein des éjectas un réservoir énorme d'autres poussières très froides, dont nul ne soupçonnait l'existence. La résolution des images d'Herschel était néanmoins insuffisante pour en dresser une carte précise.


Image composite de la supernova SN1987A montrant la superposition de l'émission radio ALMA des poussières au centre (en rouge) et l'émission de lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre...) du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) Hubble (en vert) et l'émission en rayons X du télescope Chandra (Le satellite Chandra est un télescope à rayons X. Il a été lancé en 1999 par la navette...) (en bleu) résultant de l'onde de choc (Une onde de choc est un type d'onde, mécanique ou d'une autre nature, associé à...) de l'explosion.

C'est en utilisant le grand interféromètre radio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) que les chercheurs ont pu conduire une étude complète et détaillée de l'environnement proche de l'explosion de SN 1987A. Leurs résultats démontrent que ce milieu est extrêmement hétérogène: des paquets de poussières avoisinent des nuages de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...), eux-mêmes distincts selon leur composition chimique. Mais un détail a immédiatement intrigué les astronomes: alors que les poussières dans leur ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) rayonnent à une température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) d'environ 20 °K, à un endroit précis, cette température augmente jusqu'à 37°K. "Tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) se passe effectivement comme si il y avait là une source d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) masquée" explique Patrice Bouchet du DAp "et cette région est bien approximativement près du centre des éjecta, là où on attendrait la présence de l'étoile à neutrons".

Le coeur compact de l'étoile pourrait donc continuer de battre, enfoui et masqué dans son cocon (Le cocon est l'enveloppe de la nymphe de certains insectes. On appelle aussi cocon le sac que les...) de poussière. Mais cette très faible élévation de température des poussières reste encore une preuve bien indirecte. Elle pourrait être également due par exemple au chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) par la grande quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire,...) de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) radioactifs - comme le Titane-44 - produits dans l'explosion. Selon Patrice Bouchet "Il est encore beaucoup trop tôt pour affirmer, comme il a été fait dans certains communiqués de presse, que le coeur chaud de la supernova 1987A a été découvert et il faudra sans doute encore attendre un peu plus longtemps pour que ces poussières se dissipent". D'autres hypothèses ont également été évoquées comme la possibilité que l'étoile à neutrons se soit finalement transformée en trou noir (En astrophysique, un trou noir est un objet massif dont le champ gravitationnel est si intense...). La célèbre superova SN 1987A n'a toujours pas révélée tous ses secrets !


Une vue rapprochée des différents composants de la partie centrale des éjectas de SN 1987A obtenu par ALMA: le gaz moléculaire du monoxyde de carbone (Le monoxyde de carbone est un des oxydes du carbone. Sa formule brute s'écrit CO et sa formule...) est représenté en orange, le gaz d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) chaud en violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge...), et la poussière entourant l'étoile à neutrons en cyan (Le cyan ( du grec kuanos, à savoir l'azurite) est une couleur pure de la lumière de longueur...). La flèche montre l'emplacement où la poussière est plus chaude, pouvant suggérer l'influence d'un astre compact.
Crédits: Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) de crédit Cardiff

Publication:
High Angular Resolution ALMA Images of Dust and Molecules in the SN 1987A Ejecta
Phil Cigan et al., The Astrophysical Journal, 886, p.51, 2019 November 20
Voir aussi: https://arxiv.org/abs/1910.02960
"Peering in the dusty heat of SN 1987A" (Nature Astronomy Research Community, 5 décembre 2019)
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