mercredi 4 octobre 2017

Une explosion d'hélium pour déclencher une supernova

En cherchant à mieux comprendre le processus qui déclenche l'explosion d'une étoile naine blanche dans ce que l'on nomme une supernova de type Ia, une équipe japonaise vient de trouver un cas très précoce, où une explosion d'hélium semble être à l'origine de la déflagration nucléaire.




Ji-an Jiang (Université de Tokyo) et ses collègues japonais ont spécifiquement cherché des supernovas très tôt après leur explosion, moins d'un jour dans le meilleur des cas. Ils ont pour cela utilisé l'instrument Hyper Suprime-Cam, monté sur le télescope Subaru de 8,2 m.  Cet instrument permet aux chercheurs d'enregistrer en temps réel une vaste étendue du ciel et de détecter automatiquement l'apparition d'objets lumineux non répertoriés, comme des supernovas. 

Le projet MUSSES (MUlti-band Subaru Survey for Early-phase type Ia supernovae), majoritairement japonais, a été monté en 2016 et récolte aujourd'hui ses premiers fruits.
En une seule nuit, les astronomes japonais ont réussi à découvrir plus de 100 supernovas, pour la plupart très lointaines, et dont plusieurs étaient très récentes (quelques jours à peine). Mais parmi celles-ci, il y en a une différente des autres, nommée MUSSES1604D, qui a été observée et suivie moins d'un jour après son explosion.  Dans ses premiers jours, cette supernova est apparue beaucoup plus lumineuse que ce à quoi les astronomes pouvaient s'attendre. D'autres observations de cette supernova ont ensuite été menées avec d'autres télescopes et ont révélé des particularités étonnantes.
Un pic de lumière rouge était apparu une demi-journée après le T0, et avant que la courbe de luminosité habituelle des supernovas Ia prenne sa forme classique un jour plus tard... Les astronomes japonais, qui publient leur étude cette semaine dans la revue Nature, ont alors eu recours à des simulations numériques massives pour comprendre d'où pouvait provenir ce pic de lumière initial. Leur conclusion est que la naine blanche, qui est une étoile constituée majoritairement de carbone et d'oxygène, devait posséder une couche d'hélium à sa surface. Et c'est l'"allumage" de cette couche d'hélium qui aurait produit se pic de lumière rouge, et aurait été à l'origine de l'explosion de toute l'étoile, en produisant une violente réaction en chaîne. Dans ce scénario, l'explosion de la couche d'hélium produit des ondes de choc qui se propagent à l'intérieur de l'étoile et déclenche la fusion thermonucléaire destructrice qui va disloquer entièrement l'étoile naine sans laisser de résidu compact derrière elle.
C'est la première fois que ce processus d'"allumage" d'une supernova de type Ia est observé alors qu'il avait été imaginé théoriquement au début des années 1980.
Cette observation apporte ainsi une réponse à la question longtemps débattue du processus d'ignition des supernovas de type Ia, qui se déclenche lorsque leur masse totale dépasse la limite de 1,44 masses solaires. Elle n'est peut-être pas la seule. Il est en tout cas certain qu'une compréhension plus précise de l'histoire de ces explosions cataclysmiques si utiles en cosmologie observationnelle permettra des mesures cosmologiques également plus précises. 

Source

A hybrid type Ia supernova with an early flash triggered by helium-shell detonation
Ji-an Jiang et al.,
Nature 550, 80–83 (05 October 2017) 


Illustration

Evolution de la courbe de luminosité de MUSSES1604D en fonction du temps. Images produites par les télescopes Subaru (gauche et centre) et Gelmini North ( à droite) (Institute of Astronomy, the University of Tokyo)