jeudi 16 février 2017

Les derniers mois d'une étoile en fin de vie retracés en observant sa supernova très tôt après l'explosion


Que se passe-t-il juste avant qu'une étoile massive explose en supernova ? Une réponse à cette question épineuse vient d'être apportée grâce au suivi spectroscopique  très rapide de la suite de l'explosion d'une supernova apparue en 2013, qui a permis de retracer ce qui s'est passé dans les mois précédents.




SN 2013fs a été détectée le 6 octobre 2013 à l'Observatoire du Mont Palomar dans la galaxie NGC 7610 distante de 160 millions d'années-lumière. Dans les minutes qui ont suivi, plusieurs télescopes ont été braqués vers la supernova pour suivre l'évolution de sa luminosité et analyser sa lumière, notamment le télescope de l'observatoire de Las Cumbres, qui a continué à suivre la supernova sur plusieurs semaines. Après plus de trois ans de travail sur les données enregistrées, les résultats sont publiés aujourd'hui dans Nature Physics. Ils permettent de comprendre ce qui s'est passé quelques mois avant l'instant fatidique de l'explosion : l'étoile a perdu énormément de matière de son enveloppe.
L'étoile à l'origine de SN2013fs était une supergéante rouge d'une masse comprise entre 8 et 10 masses solaires et âgée de seulement quelques millions d'années, selon l'équipe menée par Ofer Yaron (Weizmann Institute of Science, Israel). Il n'est pas étonnant que ce type d'étoile produise une supernova par effondrement de cœur (une supernova de type II), mais ce qui a grandement surpris les chercheurs, c'est de constater qu'elle était entourée d'une dense coquille de gaz qui a été éjectée durant les derniers mois avant l'explosion, ce qui est totalement nouveau pour ce type d'étoile. La détermination de la présence de cette coquille de gaz a été obtenue par l'équipe internationale en observant une émission de fluorescence caractéristique. Le rayonnement de la supernova, en atteignant cette zone, a ionisé le gaz, les électrons se sont ensuite recombinés avec les atomes ionisés en émettant des photons de longueur d'onde spécifique, traçant par la même occasion la nature de la matière formant cette coquille ; de l'oxygène, de l'hélium, de l'azote, les éléments forgés par la fusion nucléaire dans l'étoile et composant ses couches externes.
Comme cette émission de fluorescence s'est éteinte environ 20 heures après le T0 de l'explosion, elle donne aux astrophysiciens une idée de la taille de la coquille de matière : 5 fois la distance Soleil-Neptune.
A partir de là, et en considérant que l'étoile ait pu éjecter une partie de son enveloppe à la vitesse de 100 km/s, les chercheurs évaluent que cette éjection aurait duré pendant les 500 jours précédant l'explosion.
Après l'intense rayonnement ionisant de la supernova est arrivée son onde de choc sur la coquille de gaz, ce violent mouvement destructeur de matière des couches internes de l'étoile en expansion à une vitesse de l'ordre de 10% de la vitesse de la lumière. L'équipe de Ofer Yaron montre que l'onde de choc a totalement dispersé la coquille de gaz en 5 jours, après l'avoir échauffé jusqu'à 60000°.
Les chercheurs estiment que la masse de la matière éjectée avant l'explosion représentait un millième de masse solaire. ce qui peut paraître peu mais est déjà supérieur à la masse de Jupiter et en tous cas bien supérieur à ce que les spécialistes s'attendraient à voir sur une telle supergéante rouge. 
Ces précieuses données vont fournir aux astrophysiciens de nouvelles idées sur cette phase de l'évolution stellaire, l'ultime, qui reste encore mal définie. En effet, les observations détaillées des supernovas ne débutaient le plus souvent que trop tard, après que l'explosion ait détruit les traces de son environnement proche. Cette mesure spectroscopique est la première a avoir été menée aussi tôt après l'explosion.

Un suivi détaillé très rapide après l'explosion est la clé pour reconstruire le passé immédiat de l'étoile en fin de vie. Grâce aux programmes d'observation systématiques actuels et futurs à la recherche d'événements transitoires, de plus en plus de supernovas vont pouvoir être suivies très tôt après leur découverte. On pourra certainement savoir bientôt si SN 2013fs est une exception ou non. Le Graal des astrophysiciens serait à terme de pouvoir détecter des supernovas avant qu'elles n'explosent, mais on n'en est pas encore là.


Référence

Confined dense circumstellar material surrounding a regular type II supernova
O. Yaron, et al.
Nature Physics (13 février 2017)