mercredi 8 novembre 2017

Découverte de la supernova la plus incompréhensible jamais observée


C'est probablement la supernova la plus bizarre qui ait jamais été observée : iPTF14hls, une supernova qui a explosé deux fois à 60 ans d'intervalle... Une étoile qui joue les mort-vivantes en quelque sorte. De quoi retourner les théories sur la fin de vie des étoiles les plus massives.

Les milliers de supernovas qui ont pu être observées depuis plusieurs siècles ont toutes marqué la mort d'une étoile. Mais pas iPTF14hls, qui fut découverte en septembre 2014 par le Palomar Transient Factory, spécialisé dans la détection des phénomènes transitoires. A ce moment, elle ressemblait tout à fait à une supernova "normale", les mesures spectrales obtenues avec le télescope Keck montraient une signature typique de supernova à effondrement de cœur riche en hydrogène, une supernova de type II-P. Mais plusieurs mois plus tard, des astronomes de l'observatoire Las Cumbres ont remarqué que la luminosité de iPTF14hls ne faiblissait pas et s'était même remise à augmenter puis a diminuer, cinq fois de suite, faisant durer la luminosité de cette "supernova" plus de deux ans au lieu d'une centaine de jours normalement... du jamais vu. 

Ayant localisé cette supernova très bizarre dans sa galaxie hôte, les astronomes se sont plongés dans les archives des anciens télescopes ayant observé cette région du ciel. Et là, surprise ! Ils ont découvert qu'en 1954 était apparu ce qui ressemble là aussi à une supernova, exactement au même emplacement que iPTF14hls, une observation effectuée déjà à l'observatoire du Mont Palomar. Elle avait donc explosé une première fois 60 ans avant. Iair Arcavi (Las Cumbres Observatory et Université de Californie), qui a mené cette étude et qui publie les résultats de son équipe dans Nature cette semaine, précise : "Cette supernova brise toutes les certitudes que nous pensions avoir sur le fonctionnement des supernovas. C'est le plus gros mystère que j'ai rencontré depuis une décennie que j'étudie les explosions d'étoiles".
Les astrophysiciens ont calculé que l'étoile à l'origine de cette explosion devait avoir une masse d'au moins 50 masses solaires et sans doute encore plus élevée. Ils pensent que c'est peut-être l'explosion de l'étoile la plus massive à laquelle nous avons assisté, ce qui expliquerait pourquoi on ne comprend pas ce qui s'est passé, le modèle classique des supernovas à effondrement de cœur ne fonctionnant pas ici.

Une théorie néanmoins pourrait fournir une explication à cette supernova hors norme : iPTF14hls pourrait être le premier spécimen de supernova de type PPI (Pulsational Pair Instability). Cette théorie prédit qu'une étoile très massive (entre 95 et 130 masses solaires) et très chaude peut produire des particules d'antimatière dans son cœur. Cela a pour effet de rendre l'étoile très instable et de produire de gigantesques éruptions par intermittence espacées de plusieurs années, et qui devrait tout de même finir en une grande explosion finale pour produire un trou noir. C'est notamment ce type de processus qui est attendu dans le cas des toutes premières générations d'étoiles formées à la fin du premier milliard d'années de l'Univers. Mais observer un tel spécimen dans l'Univers proche est très étonnant. Les auteurs de cette découverte utilisent la métaphore de la découverte d'un dinosaure vivant.
Or il se trouve que la théorie de la supernova PPI ne permet pas d'expliquer toutes les bizarreries de iPTF14hls. Elle a notamment émis beaucoup plus d'énergie que ce que la théorie prédit et montre une trop grosse quantité d'hydrogène... Elle pourrait ainsi être tout à fait autre chose.

Iair Arcavi et ses collaborateurs parviennent à déterminer que les raies d'absorption montrent une très faible décroissance de vitesse et que le rayon de la région donnant naissance à ces raies est plus grande d'un facteur 10 par rapport à la taille de la photosphère déduite de l'émission du continuum. Ces caractéristiques très étonnantes pour une supernova sont cohérentes avec ce qui ressemblerait à la présence d'une coquille de matière de plusieurs dizaines de masses solaires, qui aurait été éjectée par l'étoile massive à des énergies du niveau d'une supernova quelques centaines de jours avant l'explosion finale. 

Trois ans après son explosion (sa deuxième...), la supernova est encore assez brillante pour être suivie par les spécialistes, et on ne sait toujours pas expliquer clairement ce qui s'est passé avec cette étoile. Les spécialistes aimeraient bien tomber sur un autre spécimen du même genre, pour mieux cerner le phénomène; en attendant, ils se grattent la tête.

Source 

Energetic eruptions leading to a peculiar hydrogen-rich explosion of a massive star
Iair Arcavi, D. Andrew Howell[…]Brian Bue
Nature 551, 210–213 (09 November 2017)


Illustrations

1) Vue d'artiste d'une supernova (NASA, ESA, G. Bacon (STSci))

2) Observations de la galaxie hôte de iPTF14hls dans les archives de 1954 et 1993 (POSS/DSS/LCO/S. Wilkinson)

3) Courbe de luminosité de iPTF14hls en fonction du temps, comparée à la courbe de luminosité "normale" d'une supernova de type II-P (LCO/S. Wilkinson)