La Nova de 1670 n’était pas une Nova

A l'heure où une nova vient d'apparaître dans le ciel en plein milieu de la constellation du Sagittaire, on imagine combien l’émotion fut grande il y a 345 ans en 1670 lorsque de nombreux observateurs du ciel, astronomes établis ou simples amateurs de la nuit aperçurent une nouvelle étoile brillante apparaître dans la constellation du Petit Renard (en latin Vulpecula), non loin de la grande constellation du Cygne. Cette nova stella fut depuis lors classée dans la catégorie des novae, éruptions transitoires d’étoiles. Mais cette nova, Nova Vul 1670, reste mystérieuse car aucune étoile résiduelle n’a jamais pu être observée à cette position.

CK Vul (détail de la zone d'émission submillimétrique à droite)
(T. Kaminski et al, Nature)

En revanche, c’est en 1982 que quelque chose a pu être détecté à l’emplacement exact de la nova de 1670, sous la forme d’une nébuleuse bipolaire, ayant un peu la forme d’un sablier, qui fut nommée CK Vulpeculae. Une équipe de chercheurs a décidé d’enquêter sur le cas de CK Vulpeculae (CK Vul) et parvient aujourd’hui à démontrer que l’événement de 1670 n’était pas une nova, mais autre chose.

Tomasz Kamiński et son équipe euro-américaine publie leur étude dans la revue britannique Nature. Ils ont observé CK Vul avec un télescope situé dans les Andes chiliennes, APEX (Atacama Pathfinder Experiment), qui explore le ciel dans le domaine des ondes millimétriques. Leur trouvaille qui permet d’exclure une origine de type nova se trouve dans la composition de la nébuleuse résiduelle. L’analyse spectrale des émissions de la nébuleuse (fréquences entre 217 et 910 GHz) montre en effet pléthore de molécules différentes. De plus, à l’aide d’un autre radiotélescope, le radiotélescope d’Effelsberg, des raies caractéristiques de la molécule NH₃ ont été mises en évidence. La température du gaz moléculaire a d’ailleurs pu être estimée et se trouve basse, entre 8 et 22 K.

L’image qui se dégage de cette nébuleuse est qu’elle est très pauvre en composés oxygénés et carbonés, et au contraire étonnamment riche en composés azotés qui sont très diversifiés. De fait, parmi toutes les molécules azotées susceptibles d’être rencontrées dans ces conditions, seules le NO et le N2 manquent à l’appel. Cette composition chimique très azotée est très rare, il existe deux autres systèmes connus pour posséder les molécules azotées observées ici dans CK Vul, il s’agit d’une supergéante jaune, IRC+10420 et de la célèbre supergéante Eta Carinae. Ces deux objets ont d’ailleurs récemment été proposés pour être des étoiles prototypes riches en azote.
Les astronomes ont ensuite cherché à préciser d’où venaient exactement ces émissions caractéristiques dans CK Vul, et pour « zoomer » et atteindre une meilleure résolution angulaire, ils ont exploité un autre radiotélescope, le réseau interférométrique SMA (SubMillimeter Array) situé à Hawaï. Grâce à cet outil, Tomasz Kamiński et ses collègues sont parvenus à déterminer que ce gaz moléculaire si spécifique provenait de la zone centrale de la nébuleuse, et formait également une distribution bipolaire de manière similaire à la nébuleuse elle-même. Les données de SMA ont également permis de déterminer la présence de quantités importantes de poussière froide (15 K), qui semble former une enveloppe aplatie, peut-être ayant la forme d’un tore, ainsi que de deux jets symétriques.

Crédit: ESO/Digitized Sky Survey 2/N. Risinger (skysurvey.org) Acknowledgement: Davide De MartinMusic: Johan B. Monell (www.johanmonell.com)

Pour savoir si ces émissions submillimetriques pouvaient être attribuées au résidu d’une nova, l’équipe d’astrophysiciens a observé dans les mêmes conditions 17 specimens de novae du disque galactique, et ne trouvent aucun point commun. D’autres candidats potentiels, qu’on appelle des étoiles rouges transitoires et qui sont connues pour avoir des spectres d’émission moléculaire riches, ont de la même façon pu être éliminés.

Un nouvel élément est venu s’ajouter dans l’enquête sur les origines de CK Vul, c’est la présence de molécules ionisées, comme par exemple HCO⁺ et N₂H⁺. Ces deux molécules ne peuvent se former, en absence d’eau, qu’avec une forte abondance de H⁺₃. Et ce H⁺₃ ne peut se former qu’à partir de la molécule de dihydrogène H₂ soit exposée à un fort rayonnement UV ou soit à des ondes de choc. Or, comme la vitesse des nuages de gaz est ici très élevée (210 km/s), le mécanisme d’ionisation du dihydrogène le plus probable apparaît être celui de l’onde de choc.

L’indice peut-être définitif pour exclure une origine de type nova vient de l’évaluation des ratios isotopiques du gaz observé. Les astrophysiciens ont réussi à mesurer des rapports d’isotopes des trois éléments fabriqués classiquement dans les étoiles : C N et O, et ils les ont comparé avec les ratios mesurés sur le soleil. Les résultats sont si différents qu’ils indiquent immédiatement l’existence d’une activité nucléaire au sein même du nuage de gaz circumstellaire. ¹²C/¹³C = 4 (contre 89 pour le soleil), ¹⁴N/¹⁵N = 26 (contre 272 pour le soleil), ¹⁶O/¹⁸O = 23 (499 pour le soleil) et ¹⁶O/¹⁷O supérieur à 225 (2682 pour le soleil).

A partir de tous ces indices concordants, et après avoir méthodiquement étudié et éliminé toutes les autres solutions possibles, Tomasz Kamiński et son équipe proposent le scénario suivant pour expliquer le cataclysme vu en 1670 : deux étoiles seraient entrées violemment en collision en fusionnant. L’explosion qui s’ensuivit aurait pu être assez violente pour être bien visible depuis la Terre et surtout pour disperser complètement les enveloppes internes des deux étoiles, exposant ainsi à cœur ouvert la matière qui était alors active dans le processus de combustion thermonucléaire des deux étoiles.

Ce phénomène est certainement aussi peu probable qu’une explosion « classique » de supernova.

Source :

Nuclear ashes and outflow in the eruptive star Nova Vul 1670

T. Kamiński et al.

Nature (2015) publié en ligne 23 Mars 2015