mardi 26 septembre 2017

Progéniteur débusqué pour la supernova de Tycho


On le sait, deux modèles coexistent pour expliquer les supernovas de type Ia, ces explosions de naines blanches. En 1572, l'astronome danois Tycho Brahé fut l'heureux témoin d'une supernova de ce type, appelée aujourd'hui SN1572 ou  supernova de Tycho. 445 ans plus tard, elle montre un somptueux résidu sous la forme d'une nébuleuse multicolore, et ce résidu vient de permettre à une équipe d'astrophysiciens de comprendre quel était le type de progéniteur de cette supernova historique. 

Les deux modèles diffèrent sensiblement : le premier implique un couple naine blanche- étoile massive où la naine blanche accrète de la matière de sa compagne jusqu'à dépasser la masse limite de Chandrasekhar au-delà de laquelle elle ne peut qu'exploser. Le second modèle implique un couple de naines blanches qui spiralent l'une vers l'autre et finissent par fusionner en dépassant là aussi la masse limite.
Dans le premier cas de figure, le système binaire, avant l'explosion, produirait une région très chaude et très lumineuse, suffisamment énergétique pour ioniser le gaz environnant jusqu'à un rayon d'environ 100 pc (325 années-lumière) et durant une longue durée, s'étendant bien au delà de la date de l'explosion, près de 100 000 ans après. Le second cas de figure, impliquant deux naines blanches, ne doit pas produire cette ionisation intense du milieu.
L'astronome australien Tyrone Woods (Monash University, Australie) et ses collaborateurs américains et russe, ont étudié le résidu de la supernova de Tycho pour en déduire quelle devait être la luminosité et la température du progéniteur et donc quel devait être le système binaire correspondant. Il faut savoir que ce n'est que depuis 2006 avec l'analyse des rayons X détectés en provenance de la nébuleuse de SN1572 que l'on sait que Tycho avait observé une supernova de type Ia.

La région ionisée par une étoile naine blanche en train d'accréter de la matière de sa compagne est appelée la sphère de Strömgren. Si on détecte du gaz neutre, même en petites quantités, dans une région du résidu de la supernova correspondant à l'intérieur de la sphère de Strömgren, cela permet de contraindre fortement l'existence de cette sphère de gaz ionisé, et donc permet de connaître le processus originel. C'est exactement ce qu'ont fait Woods et ses collaborateurs. Ce que montre leur étude qu'ils ont fait paraître dans la revue Nature Astronomy, c'est qu'au niveau du rayon de l'actuel résidu de SN1572 (3 pc du centre), la fraction d'hydrogène ionisé est très faible. L'originalité de la méthode utilisée ici est que les chercheurs exploitent l'onde de choc du résidu de la supernova encore en expansion (le bord de la nébuleuse), pour sonder la nature de l'hydrogène environnant. L'hydrogène neutre est excité par l'onde de choc et produit une raie d'émission Balmer très caractéristique, qui n'existe pas dans l'hydrogène ionisé. De plus, quand l'hydrogène est froid, la raie est fine, et quand il est chaud, la raie est élargie. Les astrophysiciens trouvent une fraction d'hydrogène neutre de l'ordre de 80% sur les bordures Nord et Est de la nébuleuse en expansion.  

La conclusion que tirent Woods et ses collègues est que la supernova de Tycho qui a explosée il y a 445 ans (pour nous) à environ 10 000 années-lumière de distance, avait pour progéniteur un couple d'étoiles naines blanches. Ils montrent surtout qu'il est possible de faire de l'archéologie astrophysique à partir d'observations subtiles sur des résidus de supernovas, une méthode qui pourrait être appliquée à bon escient sur d'autres coquilles de gaz multicolores...


Source 

No hot and luminous progenitor for Tycho’s supernova
T. E. Woods, P. Ghavamian, C. Badenes & M. Gilfanov
Nature Astronomy (25 September 2017)


Illustrations 

2) Image composite du résidu de SN1572 (rayons X, infra-rouge, visible : NASA/CXC/SAO; NASA/JPL-Caltech; MPIA, Calar Alto, O.Krause et al.)

2) Vue d'artiste de la fusion de deux naines blanches (Nature)

2 commentaires :

Pascal a dit…

Bonjour,
Dans votre post du 24/08 vous rapportiez la preuve de l'existence d'une compagne d'une SN Ia ; les deux mécanismes sont donc désormais avérés ; vous ébauchiez une discussion sur la valeur, dans ce contexte, de chandelle standard des SN Ia ; en effet, si on comprend bien le concept pour une accrétion progressive jusqu'à la limite de Chandrasekar, il parait très aléatoire pour la fusion de 2 naines blanches, mécanisme très différent, mettant en outre en jeu une masse totale variable (à priori entre 1 et 2 * 1.4 Mo); il est d'ailleurs surprenant que les courbes de lumière ne mettent pas en évidence au moins 2 populations différentes ?

Dr Eric SIMON a dit…

Oui, les deux mécanismes coexistent, on en est sûr. Dans le cas de la fusion de deux naines blanches, il faut considérer que chacune des deux peut faire au départ entre disons 0,3 et 1,4 masses solaires. Lorsqu'elles entrent en contact, c'est évidemment la plus massive des deux qui va déclencher l'explosion car c'est elle qui atteindra la masse limite, il ne faut pas imaginer qu'il y aurait une collision brutale faisant passer par exemple de 0,9 + 1,3 à 2,4 masses solaires. Il y a toujours une phase d'accrétion même très rapprochée, surtout quand les deux compagnes ont des masses assez différentes. Un cas singulier est celui où les deux naines sont toutes les deux très très proches de la limite. On peut imaginer que l'une des deux (celle qui aurait juste un peu plus de masse que l'autre) pète la première et que l'éjection de matière se retrouve en partie accrétée par la seconde qui pète alors juste après. On n'a encore jamais vu de double SN de ce type je crois...