Une impression d’artiste d’une étoile supergéante rouge dans la dernière année de sa vie émettant un nuage de gaz tumultueux. Cela suggère qu’au moins certaines de ces étoiles subissent des changements internes importants avant de devenir supernova. Crédit : Observatoire W.M. Keck/Adam Makarenko
Les astronomes capturent le processus de mort d’une supergéante rouge
“Pour la première fois, nous avons observé l’explosion d’une étoile supergéante rouge “, déclare le chercheur.
Pour la toute première fois, des astronomes ont filmé en temps réel la fin dramatique de la vie d’une supergéante rouge – ils ont observé l’autodestruction rapide de l’étoile massive et les derniers soubresauts de sa mort avant son effondrement en supernova de type II.
Dirigée par des chercheurs de l’Institut de recherche de l’Université de Montréal Northwestern University et le Université de Californie, Berkeley (UC Berkeley), l’équipe a observé la supergéante rouge pendant les 130 derniers jours qui ont précédé sa détonation mortelle.
La découverte défie les idées précédentes sur la façon dont les étoiles supergéantes rouges évoluent juste avant d’exploser. Des observations antérieures ont montré que les supergéantes rouges étaient relativement calmes avant leur mort, sans preuve d’éruptions violentes ou d’émissions lumineuses. Les nouvelles observations ont toutefois permis de détecter un rayonnement lumineux provenant d’une supergéante rouge au cours de la dernière année avant son explosion. Cela suggère qu’au moins certaines de ces étoiles doivent subir des changements importants dans leur structure interne, ce qui entraîne ensuite l’éjection tumultueuse de gaz quelques instants avant leur effondrement.
“Il s’agit d’une percée dans notre compréhension de ce que font les étoiles massives quelques instants avant leur mort”, a déclaré Wynn Jacobson-Galán, auteur principal de l’étude. “La détection directe de l’activité pré-supernova dans une étoile supergéante rouge n’a jamais été observée auparavant dans une supernova ordinaire de type II. Pour la première fois, nous avons assisté à l’explosion d’une étoile supergéante rouge”.
La découverte a été publiée aujourd’hui le 6 janvier 2022 dans The Astrophysical Journal.
Représentation artistique d’une étoile supergéante rouge en transition vers une supernova de type II, émettant une violente éruption de radiations et de gaz dans son dernier souffle avant de s’effondrer et d’exploser. Crédit : Observatoire W. M. Keck/Adam Makarenko
Bien que les travaux aient été menés à Northwestern, où Jacobson-Galán était titulaire d’une bourse de recherche de la National Science Foundation (NSF), il a depuis rejoint l’UC Berkeley. Les co-auteurs de Northwestern sont Deanne Coppejans, Charlie Kilpatrick, Giacomo Terreran, Peter Blanchard et Lindsay DeMarchi, qui sont tous membres du Center for Interdisciplinary and Exploratory Research in Astrophysics (CIERA) de Northwestern.
Nous n’avons jamais confirmé une activité aussi violente”.
L’Institut d’astronomie de l’Université d’HawaiʻiPan-STARRS sur Haleakala, Maui, a détecté pour la première fois l’étoile massive condamnée à l’été 2020 via l’énorme quantité de lumière rayonnant de la supergéante rouge. Quelques mois plus tard, à l’automne 2020, une supernova a illuminé le ciel.
L’équipe a rapidement capturé le puissant flash et obtenu le tout premier spectre de l’explosion énergétique, baptisée supernova 2020tlf (SN 2020tlf) à l’aide du spectromètre imageur à basse résolution de l’observatoire W.M. Keck à Maunakea, Hawaiʻi. Les données ont montré la preuve directe d’un matériau circumstellaire dense entourant l’étoile au moment de l’explosion, probablement le même gaz que Pan-STARRS avait imagé l’étoile supergéante rouge éjectant violemment plus tôt dans l’été.
“C’est comme regarder une bombe à retardement”, a déclaré Raffaella Margutti, professeur associé adjoint au CIERA et auteur principal de l’article. “Nous n’avons jamais confirmé une activité aussi violente dans une étoile supergéante rouge mourante où nous la voyons produire une telle émission lumineuse, puis s’effondrer et brûler, jusqu’à présent.”
L’équipe a continué à surveiller SN 2020tlf après l’explosion. Sur la base des données obtenues par le spectrographe multi-objets à imagerie profonde et le spectrographe à échelles dans le proche infrarouge de l’observatoire Keck, les chercheurs ont déterminé que l’étoile supergéante rouge progénitrice de SN 2020tlf – située dans la galaxie NGC 5731 à environ 120 millions d’années-lumière de la Terre – était 10 fois plus massive que le soleil.
Possibilités lointaines
Margutti et Jacobson-Galán ont réalisé la majeure partie de l’étude pendant leur séjour à Northwestern, Margutti étant professeur associé de physique et d’astronomie et membre du CIERA, et Jacobson-Galán étant étudiant diplômé dans le groupe de recherche de Margutti. Margutti est maintenant professeur associé d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Berkeley.
L’accès à distance de Northwestern à KeckLes télescopes de l’Observatoire font partie intégrante de leurs recherches. Depuis le campus Evanston de l’Université, les astronomes peuvent se connecter avec un opérateur de télescope sur place à Hawaiʻi et choisir où positionner le télescope. En évitant les longs voyages jusqu’à Hawaiʻi, les astronomes gagnent un temps d’observation précieux – ils peuvent souvent capter des événements transitoires comme les supernovas, qui peuvent se déclencher rapidement et disparaître aussitôt.
“Cette découverte significative d’une supernova géante rouge est une indication supplémentaire de l’importance de l’investissement de Northwestern dans l’accès aux meilleurs télescopes privés, y compris l’Observatoire Keck”, a déclaré Vicky Kalogera, professeur distingué de physique et d’astronomie Daniel I. Linzer au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et directrice du CIERA. “Les télescopes Keck, actuellement les meilleurs de notre planète, permettent de manière unique des avancées scientifiques de ce calibre, comme l’ont montré les chercheurs du CIERA depuis le début de notre partenariat avec Keck, il y a quelques années seulement.”
Margutti, Jacobson-Galán et leurs co-auteurs de Northwestern sont membres de la Young Supernova Experiment, qui utilise le télescope Pan-STARRS pour capter les supernovae juste après leur explosion.
Je suis très excité par toutes les nouvelles “inconnues” qui ont été révélées par cette découverte”, a déclaré M. Jacobson-Galán. “Détecter davantage d’événements comme SN 2020tlf aura un impact spectaculaire sur la façon dont nous définissons les derniers mois de l’évolution stellaire, unissant les observateurs et les théoriciens dans la quête pour résoudre le mystère sur la façon dont les étoiles massives passent les derniers moments de leur vie.”
Référence : ” Final Moments. I. Precursor Emission, Envelope Inflation, and Enhanced Mass Loss Preceding the Luminous Type II Supernova 2020tlf” par W. V. Jacobson-Galán, L. Dessart, D. O. Jones, R. Margutti, D. L. Coppejans, G. Dimitriadis, R. J. Foley, C. D. Kilpatrick, D.. J. Matthews, S. Rest, G. Terreran, P. D. Aleo, K. Auchettl, P. K. Blanchard, D. A. Coulter, K. W. Davis, T. J. L. de Boer, L. DeMarchi, M. R. Drout, N. Earl, A. Gagliano, C. Gall, J. Hjorth, M. E. Huber, A. L. Ibik, D. Milisavljevic, Y.- C. Pan, A. Rest, R. Ridden-Harper, C. Rojas-Bravo, M. R. Siebert, K. W. Smith, K. Taggart, S. Tinyanont, Q. Wang et Y. Zenati, 6 janvier 2022, The Astrophysical Journal.
DOI : 10.3847/1538-4357/ac3f3a.
L’étude, “Final Moments I : Precursor emission, envelope inflation and enhanced mass loss preceding the luminous type II supernova 2020tlf,” a été soutenue par NASA, la National Science Foundation, la Heising-Simons Foundation, l’Institut canadien de recherches avancées, la Alfred P. Sloan Foundation et VILLUM FONDEN.
