Supernovae Ia : Deux Origines pour une Explosion

Les explosions d'étoiles connues sous le nom de Supernovae de type Ia jouent un rôle très  important en cosmologie, puisqu’elles ont été utilisées pour découvrir l'existence de l’accélération de l’expansion (et donc d’une possible énergie sombre), ce qui a valu à leurs auteurs le prix Nobel de physique en 2011. En effet, ces « objets » explosifs ont une luminosité bien connue, et par là même, permettent de mesurer facilement leur distance. Donc également des vitesses, et donc des accélérations… On les appelle pour cela des chandelles standard.

Mais il existait toujours un problème avec ces fameuses Supernovae Ia, qui est la question de leur origine.
Deux modèles très différents s’affrontaient. Et chacun des deux modèles pouvait montrer des études observationnelles incontestables.

Les ejecta de l’explosion de la supernova de Tycho (une SN Ia, observée en 1572 par le Danois Tycho Brahe) s’étendent depuis 440 ans pour former cette belle bulle de gaz de 55 années-lumières de diamètre. Sur cette image composite sont visualisés d’une part des rayons X de faible énergie en rouge (correspondant aux débris en expansion) et d’autre part des rayons X de haute énergie en bleu qui montrent l’onde de choc, une coquille d’électrons ultra énergétiques. Credit: rayons X: NASA/CXC/Rutgers/K.Eriksen et al.; Optique: DSS

Ces deux modèles ont le point commun de partir d’une étoile de type naine blanche (un cœur d’étoile morte). Mais là où ils divergent c’est que dans le premier modèle, la naine blanche (dite « dégénérée » car n’existant que du fait de la dégénérescence quantique des électrons) est accompagnée d’une étoile « normale » de laquelle elle accrète de la matière, jusqu’à atteindre une masse critique qui va produire l’effondrement gravitationnel et l’explosion. Ce modèle est appelé « modèle unique dégénéré ».

Le second modèle (dit modèle double-dégénéré) fait intervenir deux étoiles naines blanches en système binaire. Dans ce modèle, les deux étoiles se rapprochent inéluctablement jusqu’à fusionner, dépassant alors la masse critique d’effondrement, et l’explosion…

Les systèmes « simple-dégénéré » doivent avoir une bonne quantité de gaz entourant la naine blanche, alors que les systèmes « double dégénéré » ne doivent pas en avoir.

Je disais donc que ces deux modèles s’affrontaient. C’est à l’imparfait parce qu’il semble que ce soit du passé. En effet, une étude qui vient de paraître dans Astrophysical Journal montre que ces deux phénomènes coexistent bel et bien, et produisent le même résultat final (une supernova Ia) !

Foley et ses collègues du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ont étudié 23 Supernovae de type Ia en regardant les signatures de gaz autour de la Supernova qui devraient être présents que dans les systèmes simple-dégénérés. Et ils ont constaté que les explosions les plus puissantes ont tendance à venir de systèmes "gazeux" ou des systèmes avec des flux sortants de gaz. Mais, seulement une fraction de Supernovae Ia  montre des signes d’environnement gazeux. Le reste semble venir de systèmes double-dégénérés.

«Il y a définitivement deux types d'environnements : avec et sans sorties de gaz, et ces deux types se  trouvent bien autour de Supernovae de type Ia", annonce Foley.

Mine de rien, cette constatation a des implications importantes pour les mesures de l’expansion de l'univers. Si deux mécanismes différents sont à l'œuvre dans les Supernovae de type Ia, ça signifie que les deux types doivent être considérés séparément lors du calcul des distances cosmologiques et donc des taux d'expansion.

C'est un peu comme si on mesurait l'Univers avec un mélange de pouces et de centimètres. Pour obtenir une valeur précise, il faut séparer les deux composantes…

L’autre question qui peut être soulevée est la suivante : si deux mécanismes si différents peuvent créer des Supernovae de type Ia, pourquoi sont-ils si homogènes qu’ils peuvent servir de chandelles standard ?

"Comment se fait-il que des Supernovae provenant de systèmes si différents se ressemblent tant ? Je n'ai pas la réponse à cette", déclare Foley…

Les deux clans vont peut-être maintenant pouvoir travailler ensemble dans la même direction pour essayer de répondre à cette question fondamentale.

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