💥 Seule l'antimatière explique cette supernova absolue - il ne reste rien - même pas un trou noir

Une supernova si extrême que la mort de l'étoile est totale, ne laissant aucun trou noir ni étoile à neutrons derrière elle: voilà ce que les astronomes pensent avoir observé avec l'exemple le plus clair d'un tel événement. Baptisée SN 2023vbw, cette explosion peu commune a été détectée en bordure d'une petite galaxie naine, à environ 1,3 milliard d'années-lumière.

Dans une supernova à instabilité de paire, le cœur d'une étoile extrêmement massive devient si chaud qu'il génère des paires matière-antimatière. Ce processus réduit la pression qui soutient l'étoile contre la gravité, déclenchant une explosion thermonucléaire si violente que l'étoile entière est consumée. Aucune étoile à neutrons ni trou noir stellaire ne subsiste. La théorie prédit ce destin pour les étoiles de 140 à 260 masses solaires avec une faible métalllicité. SN 2023vbw correspond à ces critères.


L'événement a été repéré pour la première fois par le Zwicky Transient Facility en octobre 2023. D'abord classé comme une supernova de type II classique, son comportement s'est vite avéré atypique. Sa courbe de lumière montrait une augmentation régulière jusqu'à un pic vers 190 jours, bien plus longue que la normale. Ensuite, elle a diminué rapidement, puis s'est stabilisée dans un lent déclin. L'énergie totale libérée était plus de dix fois supérieure à celle d'une supernova ordinaire.

Pendant sa montée en luminosité, l'explosion a maintenu une température presque constante tandis que ses couches externes continuaient de s'étendre. Cela nécessite une source de chauffage interne continue, contrairement aux supernovas classiques. En s'estompant, des raies d'émission sont apparues, et les raies de l'hydrogène montraient plusieurs composantes, indiquant que les éjectas interagissaient avec un disque de matière que l'étoile avait perdu avant sa mort.

Les modèles indiquent que l'étoile progénitrice était une supergéante bleue, avec une masse d'éjecta comprise entre 170 et 350 masses solaires. L'énergie cinétique de l'explosion dépasse largement celle qu'une supernova à effondrement de cœur peut produire. La faible métallicité de la galaxie hôte conforte l'hypothèse d'une instabilité de paire. De plus, cette supergéante bleue pourrait être issue de la fusion de deux étoiles massives dans un système binaire.

Ce scénario de fusion expliquerait naturellement l'enveloppe en forme de disque autour de l'étoile. Cependant, des incertitudes demeurent: on ne sait pas encore si les étoiles très massives finissent leur vie en supergéantes rouges ou bleues, ni à quel moment une telle fusion pourrait se produire. Malgré ces questions, SN 2023vbw reste un candidat de premier plan pour une supernova à instabilité de paire.

Grâce à sa relative proximité et sa brillance, SN 2023vbw offre aux astronomes la possibilité de l'étudier dans plusieurs longueurs d'onde pour comprendre l'histoire de perte de masse de l'étoile et les éléments chimiques produits lors de l'explosion. Les futures missions, comme l'Observatoire Vera Rubin et le télescope spatial Nancy Grace Roman, devraient déceler des dizaines d'événements similaires, révélant la mort et l'évolution des étoiles les plus massives de l'Univers.

Qu'est-ce qu'une supernova à instabilité de paire ?

Dans une supernova à instabilité de paire, le cœur d'une étoile très massive atteint des températures extrêmes, de l'ordre du milliard de degrés. Ces températures sont si élevées que les photons gamma produits dans le cœur peuvent se transformer en paires électron-positon. Ce processus réduit la pression de radiation qui soutient l'étoile contre la gravité, provoquant un effondrement soudain. L'effondrement déclenche une réaction thermonucléaire explosive qui consume toute l'étoile.

Cette explosion est si violente qu'aucun vestige compact, comme une étoile à neutrons ou un trou noir, ne reste. La supernova disperse tout son matériel dans l'espace, enrichissant le milieu interstellaire en éléments lourds. Les modèles prédisent que seules les étoiles initialement très massives (entre 140 et 260 masses solaires) et pauvres en métaux peuvent subir ce destin. La faible métalllicité est essentielle car elle réduit les pertes de masse par vent stellaire, permettant à l'étoile de conserver sa masse élevée.

Les supernovas à instabilité de paire sont extrêmement rares car elles nécessitent des conditions très spécifiques. On pense qu'elles étaient plus fréquentes dans l'Univers primitif, lorsque les étoiles étaient plus massives et moins métalliques. Leur étude aide les astronomes à comprendre la formation des premiers éléments lourds et l'évolution des galaxies primordiales.