La "nova" de 1670 était 25 fois plus lumineuse qu'une nova

Le 20 juin 1670, l'astronome Anthelme Voituret découvrait ce qui allait rester comme la première nova documentée de l'époque moderne : Nova Vulpeculae 1670 (CK Vulpeculae) dans la constellation du Petit Renard. Alors que l'on a longtemps pensé qu'il s'agissait d'une nova relativement classique, des nouvelles observations indiquent que CK Vulpeculae se trouverait 5 fois plus loin que les premières estimations, ce qui signifie que l'éruption de 1670 devait être 25 fois plus brillante qu'une simple nova... L'étude est parue dans The Astrophysical Journal Letters.

La nova de 1670 serait une collision naine blanche - naine brune

En juillet 1670, les astronomes ont aperçu une étoile nouvelle juste en dessous de la tête du Cygne, dont nous voyons aujourd'hui un résidu nébuleux que l'on appelle CK Vulpeculae ( dans la constellation du Petit Renard, voisine du Cygne). Une nouvelle observation détaillée de cette nébuleuse en forme de sablier renversé avec ALMA  nous dévoile aujourd'hui ce qui s'est passé il y a 350 ans : une collision entre une naine blanche et une naine brune.

Du lithium détecté dans la matière éjectée d'une nova

Des traces de lithium ont été découvertes pour la première dans la matière éjectée lors de l'explosion d'une nova, Nova Centauri 2013, ce qui permet de mieux comprendre maintenant pourquoi les vieilles étoiles semblent contenir moins de lithium que prévu et les jeunes étoiles plus que prévu...

L'équipe européenne menée par Luca Izzo de l'Université La Sapienza de Rome, a utilisé deux télescopes de l'ESO (European Southern Observatory) installés au Chili, le télescope MPG de 2,2 m et un plus petit de 0,5 m pour étudier le spectre de la lumière de cette nova qui était apparue dans le ciel austral le 2 décembre 2013, dénommée V1369 Centauri mais aussi Nova Centauri 2013 pour faire plus explicite. Nova Centauri 2013 est la nova le plus brillante observée depuis un siècle et était facilement visible à l’œil nu non loin de l'étoile brillante béta Centauri.

Nova Centauri 2013 à l'observatoire de La Silla au Chili une semaine après sa découverte (Yuri Beletsky/ESO)

Le lithium est un élément chimique léger, le troisième dans la table de Mendeleiev, venant juste après l'hélium et l’hydrogène, et comme eux serait issu de la nucléosynthèse primordiale, dans les quelques premières minutes qui ont suivi le Big Bang. Depuis de nombreuses années, la quantité de lithium observée dans les étoiles pose de sérieuses questions aux spécialistes. Certaines vieilles étoiles n'en avaient que très peu, et des étoiles plus jeunes en montraient une quantité jusqu'à 10 fois plus importante que ce qu'elle aurait dû être.

L'idée que du lithium puisse être expulsé dans le milieu interstellaire par des explosions d'étoiles, des novas, puis serve ensuite à composer de nouvelles générations d'étoiles, remonte à il y a plus de quarante ans. Mais aucune preuve observationnelle tangible n'avait pu être fournie. C'est donc maintenant chose faite grâce à Luca Izzo et ses collègues, qui publient leurs observations dans The Astrophysical Journal Letters. 

Les mesures spectroscopiques de la lumière de Nova Centauri 2013 révèlent clairement la présence d'une raie d'absorption du lithium, qui est décalée vers le bleu. Ce décalage vers le bleu montre que le lithium fait partie de la matière éjectée par l'explosion à grande vitesse, dans notre direction, avec une vitesse de l'ordre de 2 millions de km/h. Et il s'agit de la première détection de ce genre dans une nova.

Massimo Della Valle de l'Observatoire Astronomique de Naples, co-auteur de l'étude, précise l'importance de cette découverte : “Si nous nous figurons l'histoire de l'évolution chimique de la Voie Lactée sous l'aspect d'un puzzle, alors le lithium en provenance des novas en constituait l'une des plus importantes et des plus énigmatiques pièces manquantes. En outre, tout modèle de Big Bang est susceptible d'être remis en question tant que l'énigme du lithium n'est pas résolue.”

La masse du lithium éjecté par Nova Centauri 2013 peut paraître relativement faible, moins d'un milliardième de la masse du Soleil, mais il ne faut pas oublier qu'au cours de la vie de notre galaxie, plusieurs milliards d'étoiles ont produit des explosions de type nova. Le phénomène à lui seul permet d'expliquer les quantités de lithium présentes au sein de la galaxie et disponibles pour la formation des nouvelles étoiles.

Cette belle découverte permet de mieux cerner l'évolution chimique de notre galaxie, et constitue une avancée importante pour l'étude de la composition des étoiles.

Source : 

Early optical spectra of Nova V1369 Cen show presence of lithium

L. Izzo et al., 

The Astrophysical Journal Letters, 808:L14 (20 july 2015)

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