jeudi 4 juillet 2019

Observation de trois étoiles zombies, des survivantes de supernovas


On les appelle des étoiles zombies. Ce sont des étoiles qui auraient dû être complètement désintégrées lors de l'explosion d'une supernova, mais elles ont miraculeusement survécu, du moins une partie seulement, une partie qui se retrouve propulsée à grande vitesse. Trois spécimens de ce type viennent d'être identifiés dans notre galaxie par des astrophysiciens européens et américains, une étude parue dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.




Une telle étoile zombie avait déjà été observée il y a deux ans, LP 40−365. Il s'agit d'une étoile naine banche de type Oxygène-Néon particulière, en ce sens qu'elle a une masse très petite, possède une très grande vitesse et montre des signes de fusion thermonucléaire dans la nature de ses composés chimiques, la trace d'une combustion partielle de l'oxygène et du silicium.
Les trois nouvelles étoiles zombies découvertes par Roberto Raddi (Friedrich Alexander University à Erlangen–Nuremberg) et ses collaborateurs, qui sont nommées J1603−6613, J1825−3757 et J0905+2510, sont très similaires à LP 40−365. Et deux parmi elles ont une vitesse telle qu'elles ne sont même plus liées gravitationnellement avec la Galaxie, elles sont vouées à s'en échapper.
Alors que les naines blanches explosent classiquement lorsqu'elles atteignent une masse critique de 1,4 masses solaires (supernovas de type Ia), ces trois naines blanches zombies ont une masse comprise entre 0,20 et 0,28 masses solaires, pour un rayon compris entre 0,16 et 0,6 celui du Soleil. C'est très petit en masse mais dix fois plus grand qu'une naine blanche normale en taille... 
Ces résidus de naines blanches sont gonflés du fait de l'accumulation d'énergie pendant et juste après l'explosion, selon les astrophysiciens. Ils peuvent même estimer un âge pour ces étoiles zombies : elles auraient entre 23 millions et 32 millions d'années (âge de l'explosion)... Des jeunes zombies, donc.

Pour décrire ces résidus de supernovas ratées, puisque c'est ce qui s'est passé avec ces étoiles, les astrophysiciens utilisent le terme de supernova de type Iax. C'est en faisant du data mining dans les données du télescope astrométrique Gaia que les chercheurs ont repéré ces zombies, grâce tout d'abord à leur grande vitesse (entre 550 et 600 km/s). Puis leur masse inhabituelle, leur nature de naine blanche et les traces d'éléments lourds indiquèrent très vite leur origine atypique : les astrophysiciens identifient la présence des éléments suivants en plus du néon, de l'oxygène et du magnésium : C, Na, Al, Si, S, Ca, Sc, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sr. 
Le scénario qui se dessine donc est qu'au lieu d'exploser entièrement en dispersant toute sa matière dans le milieu, la naine blanche d'origine après avoir accrété du gaz d'une étoile compagne, a subi une explosion partielle et un petit bout a survécu, propulsé immédiatement par l'onde de choc de l'explosion thermonucléaire asymétrique.  

Roberto Raddi et ses collaborateurs estiment que Gaia devrait permettre d'ici la fin de sa mission de trouver une vingtaine d'étoiles zombies de la classe de LP 40−365, qui est bien partie pour devenir une classe d'étoiles tout à fait à part : des étoiles qui ont survécu au pire des cataclysmes.
Ces étoiles vont être précieuses car elles vont nous permettre d'étudier de près le phénomène de supernova de type Ia et la nucléosynthèse associée, en offrant un accès quelques millions d'années plus tard, à l'état d'une naine blanche au moment où elle était censé se disperser à jamais.


Source

Partly burnt runaway stellar remnants from peculiar thermonuclear supernovae
R. Raddi  et al.
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (21 June 2019)


Illustration

Vue d'artiste d'une étoile naine blanche en train d'accréter la matière de son étoile compagne, avant d'atteindre la masse de Chandrasekhar et de faire boom ou partiellement boom (NASA/JPL Caltech)