vendredi 21 août 2020

Le résidu de la supernova de Kepler en expansion très rapide


La supernova dont a pu être le témoin Johannes Kepler en 1604 est la dernière supernova galactique en date visible à l’oeil nu, déjà plus de 400 ans…. Aujourd’hui, son résidu forme une jolie nébuleuse, située à environ 20 000 années-lumière. Des nouvelles observations en rayons X de cette nébuleuse indiquent qu’elle s’étend toujours, et à très grande vitesse ! ce qui permet de mieux la cerner. Une étude publiée dans The Astrophysical Journal.


On sait aujourd'hui que la supernova de Kepler (SN 1604) était une supernova de type Ia : une étoile naine blanche a entièrement explosé après avoir dépassé sa masse limite de 1,4 masses solaires par interaction avec une compagne (une autre naine blanche ou une étoile plus massive). Il y a trois ans, en août 2017, une équipe américaine avait annoncé la découverte de débris se déplaçant à très grande vitesse dans la nébuleuse de SN 1604 (SNR 1604), sous le forme de globules de gaz. Ils avaient utilisé l’émission de rayons X associée et le télescope spatial Chandra pour la caractériser.
Matthew Millard (Université du Texas) et ses collaborateurs ont voulu poursuivre l'étude par le même type de méthode mais avec un peu plus de précision. Ils se sont concentrés sur 15 globules de gaz situés à différents endroits dans la coquille de débris en expansion. Ils ont également utilisé les spectres de rayons X collectés par Chandra. La vitesse des globules de débris est calculée à partir de l’effet Doppler qui décale les raies spectrales du silicium ionisé. Il s’agit bien sûr ici de la composante de la vitesse dans la ligne de visée, ce qu'on appelle la vitesse radiale. Les spectres utilisés remontent à 2016. 


Mais Millard et ses collaborateurs ont raffiné leur analyse en utilisant en plus des images optiques de SNR 1604 obtenues durant les 20 dernières années : en 2000, 2004, 2006 et 2014, pour détecter directement les mouvements des globules étudiés. Ces observations leur ont permis de déterminer la vitesse cette fois-ci perpendiculairement à la ligne de visée. Munis alors des deux composantes de vitesse (vitesse radiale et tangentielle), les astrophysiciens reconstruisent la vitesse réelle en 3 dimensions. La vitesse moyenne des globules qui est mesurée vaut 4120 de km/s, une vitesse énorme, et le globule de débris le plus véloce atteint même la bagatelle de 8656 km/s (soit environ 3% de la vitesse de la lumière) ! La vitesse de l'onde de choc associée à l'explosion qui prit place il y a 416 ans est également mesurée et vaut aujourd’hui environ 6800 km/s. Sur les 15 globules observés, 8 d'entre eux s'éloignent de nous tandis que seulement 2 se meuvent vers nous, les 5 autres étant plutôt en direction perpendiculaire. Il est ainsi possible d'après les chercheurs qu’il existe bel et bien une asymétrie fondamentale dans cette explosion de SN 1604, mais il est encore trop tôt pour arriver à une conclusion ferme, un plus grand nombre de régions devront être étudiées. En tous cas, ces très grandes vitesses sont similaires à celles qui ont pu être mesurées dans des explosions de supernovas quelques jours ou semaines après le cataclysme. Cela indique, pour Millard et ses collaborateurs, que les débris de SN 1604 n’ont été que très peu ralentis depuis 416 ans…
Les quatre globules de débris qui ont les vitesses les plus élevées sont tous localisés le long d'une bande horizontale d’émission de rayons X et se meuvent dans la même direction. Ils ont de plus une abondance similaire en silicium. Cela fait dire aux astrophysiciens que ces quatre globules doivent avoir la même origine au niveau des couches de la naine blanche explosée. Aujourd'hui, aucune étoile n’est observée au centre de la nébuleuse, qui pourrait avoir été la compagne de la naine blanche. C’est donc plus vers un scénario à deux naines blanches en collision que se penchent les spécialistes pour expliquer la supernova de Kepler. Reste à savoir s’il peut y avoir un lien entre la nature du système binaire initial et la grande vitesse des débris toujours visible plus de 400 ans plus tard. Une faible présence de matière interstellaire ne peut en effet que favoriser une expansion non freinée. Par ailleurs, comme le précisent Matthew Millard et ses co-auteurs, SNR 1604 se situe à plusieurs centaines d’années-lumière au-dessus du disque galactique, là où justement la densité de matière interstellaire ambiante est de l’ordre de 0,01 atome par cm3 seulement.
Pour finir, les chercheurs américains utilisent leur nouvelle connaissance de la vitesse du globule de débris non freiné le plus rapide (le globule nommé N2), associée à celle de sa distance angulaire projetée et à l’âge exact du résidu de supernova, pour estimer la distance de SNR 1604, qui est encore assez mal déterminée. Il leur reste juste un seul paramètre libre qui est l’angle d'inclinaison du vecteur vitesse du globule N2 par rapport à la ligne de visée. En faisant trois hypothèses légèrement différentes, ils parviennent à des valeurs de distance de 14 340 AL, 17 600 AL et 24 450 AL. Mais la nature de la supernova de Kepler, une type Ia classique, certes un peu énergétique, tend à favoriser plutôt les deux dernières hypothèses. 

Cette étude nous montre que les résidus de supernovas anciennes ont encore beaucoup de choses à nous apprendre, en attendant qu'une nouvelle explosion à proximité dans notre galaxie daigne enfin se montrer… 

Source

An Ejecta Kinematics Study of Kepler’s Supernova Remnant with High-resolution Chandra HETG Spectroscopy
Matthew J. Millard et al.
The Astrophysical Journal, Volume 893, Number 2 (20 april 2020)


Illustration 

Image composite de SNR 1604 prise par les télescopes spatiaux Spitzer (infrarouge), Hubble (lumière visible) et Chandra (rayons X). NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair 

2 commentaires :

Anonyme a dit…

Bonjour, est-il possible qu’une SN explose dans notre galaxie sans que nous puissions la détecter du moins en lumière visible ? Exemple si elle avait lieu de l’autre côté de la Voie Lactée avec le bulbe galactique entre les deux ?

Merci

Dr Eric Simon a dit…

Oui c'est tout à fait possible,hélas. Obscurcissement fort par la poussière interstellaire (ou intragala
ctique)