Au fur et à mesure des phénomènes astronomiques, les supernovae sont parmi les plus fascinantes et spectaculaires. Ce processus se produit lorsque certains types d'étoiles atteignent la fin de leur durée de vie, où elles explosent et jettent leurs couches externes. Grâce à des générations d'études, les astronomes ont pu classer la plupart des supernovae observées dans l'une des deux catégories (type I et type II) et déterminer quels types d'étoiles sont les progéniteurs de chacune.
Cependant, à ce jour, les astronomes n'ont pas été en mesure de déterminer quel type d'étoile finit par conduire à une supernova de type Ic - une spéciale de la classe où une étoile subit un effondrement du noyau après avoir été débarrassée de son hydrogène et de son hélium. Mais grâce aux efforts de deux équipes d'astronomes qui se sont penchées sur les données d'archives Le télescope spatial Hubble, les scientifiques ont maintenant trouvé l'étoile longtemps recherchée qui cause ce type de supernova.
Fondamentalement, les supernovae de type I résulteraient de systèmes binaires composés d'une naine blanche et d'une étoile compagnon en orbite étroitement ensemble. Au fil du temps, la naine blanche commencera à siphonner le matériel du compagnon jusqu'à ce qu'une masse critique soit atteinte. La naine blanche suremballée subit ensuite un effondrement du noyau et explose dans une explosion de matière et d'énergie incroyablement brillante.
Dans le cas des supernovae de type Ic, qui représentent environ 20% des étoiles massives qui explosent à cause de l'effondrement du noyau, l'étoile a perdu sa couche externe d'hydrogène et la majeure partie de son hélium. Ces étoiles seraient parmi les plus massives connues - avec au moins 30 masses solaires - et resteraient brillantes même après avoir perdu leurs couches externes. C'est donc un mystère que les astronomes n'aient pas pu en repérer un avant qu'il ne devienne supernova.
Heureusement, en 2017, une supernova de type Ic a été observée à l'intérieur d'un amas de jeunes étoiles dans la galaxie spirale NGC 3938, située à environ 65 millions d'années-lumière. La découverte initiale a été faite par des astronomes aux Observatoires Tenagra en Arizona, mais les deux équipes d'astronomes se sont tournées vers Hubble pour localiser l'emplacement exact de la source.
La première équipe, dirigée par Schuyler D.Van Dyk - un chercheur principal du Centre de traitement et d'analyse infrarouge (IPAC) de Caltech - a imaginé la jeune supernova en juin 2017 avec Hubble's Caméra grand champ 3 (WFC 3). Ils ont ensuite utilisé cette image pour localiser le progéniteur candidat en archives Hubble photos prises du NGC 3938 en décembre 2007.
La deuxième équipe, dirigée par Charles Kilpatrick de l'Université de Californie à Santa Cruz, a observé la supernova en juin 2017 dans des images infrarouges à l'aide de l'un des télescopes de 10 m du W.M. Observatoire Keck à Hawaï. L'équipe a ensuite analysé le même archivage Hubble photos comme l'équipe de Van Dyk pour découvrir la source possible.
Les deux équipes ont publié des études qui indiquaient que l'ancêtre était probablement une supergéante bleue située dans l'un des bras spiraux du NGC 3938. Comme Van Dyk l'a indiqué dans un récent communiqué de presse de la NASA, «Trouver un ancêtre de bonne foi d'une supernova Ic est un grand prix de recherche de progéniteur. Nous avons maintenant pour la première fois un objet candidat clairement détecté. »
Le fait que la supernova (désignée SN 2017ein) ait été détectée en premier lieu était également très heureux, comme l'explique Kilpatrick:
«Nous avons eu la chance que la supernova soit à proximité et très lumineuse, environ 5 à 10 fois plus lumineuse que les autres supernovas de type Ic, ce qui a peut-être facilité la recherche de la progénitrice. Les astronomes ont observé de nombreux supernovas de type Ic, mais ils sont trop loin pour que Hubble puisse les résoudre. Vous avez besoin d'une de ces étoiles massives et brillantes dans une galaxie voisine pour partir. Il semble que la plupart des supernovas de type Ic soient moins massives et donc moins brillantes, et c'est la raison pour laquelle nous n'avons pas pu les trouver. "
Sur la base de leur évaluation de l'ancêtre, les deux équipes ont offert deux possibilités pour l'identité de la source. D'une part, ils ont suggéré qu'il pourrait s'agir d'une seule étoile lourde de 45 à 55 masses solaires qui a brûlé très brillante et chaude, la faisant brûler ses couches externes d'hydrogène et d'hélium avant de subir un effondrement gravitationnel.
Une deuxième possibilité était que l'ancêtre était un système binaire massif qui était composé d'une étoile comprise entre 60 et 80 masses solaires et d'un compagnon de 48 masses solaires. Dans ce scénario, l'étoile la plus massive a été dépouillée de ses couches d'hydrogène et d'hélium par son compagnon avant d'exploser en supernova.
La deuxième possibilité a été un peu surprenante, car ce n'est pas ce que les astronomes attendent sur la base des modèles actuels. En ce qui concerne les supernovae de type I, les astronomes s'attendent à ce que les systèmes binaires soient constitués d'étoiles de masse inférieure, généralement une étoile à neutrons avec un compagnon qui a quitté sa séquence principale et s'est développée pour devenir une géante rouge.
La découverte de cet ancêtre a donc résolu un mystère pour les astronomes. Depuis quelque temps, ils savent que les supernovae de type Ic sont déficients en hydrogène et en hélium et ne savent pas pourquoi. Une explication possible était qu'ils étaient dépouillés par de forts vents de particules chargées. Mais aucune preuve de cela n'a jamais été trouvée.
L'autre possibilité impliquait des paires binaires en orbite étroite où une étoile a été dépouillée de ses couches externes avant d'exploser. Mais dans ce cas, ils ont constaté que l'étoile qui était dépouillée de matériau était encore suffisamment massive pour qu'elle finisse par exploser en supernova de type Ic.
Comme Ori Fox, chercheur au Space Telescope Science Institute (STSI) à Baltimore et membre de l'équipe de Van Dyk, a expliqué:
«Le démêlage de ces deux scénarios pour produire des supernovas de type Ic a un impact sur notre compréhension de l'évolution stellaire et de la formation des étoiles, y compris la répartition des masses d'étoiles à leur naissance et le nombre d'étoiles qui se forment dans les systèmes binaires en interaction. Et ce sont des questions que non seulement les astronomes qui étudient les supernovas veulent savoir, mais tous les astronomes sont après. "
Les deux équipes ont également indiqué qu’elles ne seront pas en mesure de confirmer l’identité de l’étoile progénitrice avant que la supernova ne s’estompe dans environ deux ans. Pour le moment, ils espèrent utiliser les Télescope spatial James Webb (JWST), dont le lancement est prévu en 2021, pour voir si le progéniteur est encore très brillant (comme prévu) et effectuer des mesures plus précises de sa luminosité et de sa masse.
Cette dernière découverte non seulement remplit certains des trous dans nos connaissances sur le comportement de certaines étoiles lorsqu'elles atteignent la fin de leur phase de séquence principale, mais elle offre également aux astronomes l'occasion d'en apprendre davantage sur la formation et l'évolution des étoiles dans notre univers. . Lorsque des télescopes de nouvelle génération seront disponibles dans les années à venir, les astronomes espèrent obtenir des informations essentielles sur ces questions.
L'étude dirigée par Van Dyk, intitulée «SN 2017ein et la première identification possible d'un progéniteur de supernova de type Ic» est parue dans The Astrophysical Journal en juin. La deuxième étude, «Un progéniteur potentiel pour la supernova de type Ic 2017ein», a été publiée dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society en octobre dernier.
