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
C’est une autre première pour l’astronomie.
Pour la première fois, une équipe d’astronomes a filmé en temps réel la fin de vie d’une étoile supergéante rouge. Ils ont vu l’étoile se convulser dans son agonie avant d’exploser en supernova.
Et leurs observations contredisent les idées précédentes sur le comportement des supergéantes rouges avant leur explosion.
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
Une équipe d’astronomes a suivi le déroulement du drame à travers les yeux de deux observatoires à Hawaï : Pan-STARRS sur Haleakala, Maui, et l’Observatoire W. M. Keck sur Maunakea, île d’Hawaii. Leurs observations faisaient partie de l’enquête sur les phénomènes transitoires de la Young Supernova Experiment (YSE). Ils ont observé l’explosion de la supernova, nommée SN 2020tlf, pendant les 130 derniers jours précédant sa détonation.
“Pour la première fois, nous avons regardé une étoile supergéante rouge exploser !”
– Wynn Jacobson-Galán, UC Berkeley
Le titre de l’article présentant la découverte est “Moments finaux. I. Émission du précurseur, gonflement de l’enveloppe et perte de masse accrue précédant la supernova lumineuse de type II 2020tlf “..” L’article est publié dans The Astrophysical Journal et l’auteur principal est Wynn Jacobson-Galán, un chercheur diplômé de la NSF à UC Berkeley.
“Il s’agit d’une percée dans notre compréhension de ce que font les étoiles massives quelques instants avant leur mort”, a déclaré Jacobson-Galán, dans un communiqué de presse. “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 regardé une étoile supergéante rouge exploser !”.
“C’est comme regarder une bombe à retardement.”
– Raffaella Margutti, UC Berkeley
La découverte remonte à l’été 2020. À cette époque, l’étoile progénitrice a connu une augmentation spectaculaire de sa luminosité. Pan-STARRS a détecté cet accroissement de luminosité et, à l’automne, l’étoile a explosé sous le nom de SN 2020tlf. La supernova est une supernova de type II, où une étoile massive subit un effondrement rapide et explose.
Cette vidéo est une représentation artistique de l’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
L’équipe a utilisé le spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l’Observatoire Keck pour capturer le premier spectre de la supernova. Les données LRIS ont révélé la présence de matière circumstellaire autour de l’étoile au moment de son explosion. C’est probablement ce matériau que Pan-STARRS a vu éjecter l’étoile au cours de l’été précédant son explosion.
“Keck a contribué à fournir des preuves directes de la transition d’une étoile massive vers une explosion de supernova”, a déclaré l’auteur principal, Raffaella Margutti, professeur associé d’astronomie à l’UC Berkeley. “C’est comme observer une bombe à retardement. Nous n’avons jamais confirmé une activité aussi violente dans une étoile supergéante rouge mourante, où nous la voyons produire une émission aussi lumineuse, puis s’effondrer et entrer en combustion, jusqu’à présent.”
Cette figure de l’étude montre la supernova avant et après l’explosion. Le panneau supérieur montre le total de toutes les radiations électromagnétiques émises par l’événement dans toutes les longueurs d’onde, en vert. Le panneau central montre les températures du corps noir en rouge, et le panneau inférieur montre les rayons en bleu. Crédit image : Jacobson-Galán et al, 2022
Après l’explosion, l’équipe s’est tournée vers d’autres instruments Keck pour poursuivre ses observations. Les données du DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) et du Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) ont montré que l’étoile progénitrice était 10 fois plus massive que le Soleil. L’étoile se trouve dans la galaxie NGC 5731, à environ 120 millions d’années-lumière.
Les observations de l’équipe ont permis de mieux comprendre les supernovae de type II et leurs étoiles progénitrices. Avant ces observations, personne n’avait vu une supergéante rouge afficher un tel pic de luminosité et subir une explosion aussi puissante.des éruptions avant d’exploser. Ils étaient beaucoup plus placides dans leurs derniers jours, comme s’ils avaient accepté leur sort.
Les étoiles supergéantes rouges éjectent de la matière avant l’effondrement du noyau. Mais cette éjection de matière a lieu sur des échelles de temps beaucoup plus longues que SN 2020tlf. Cette supernova a émis de la matière circumstellaire (MSC) pendant 130 jours avant son effondrement, ce qui en fait un peu une énigme. L’éclair brillant qui a précédé l’explosion de l’étoile est lié d’une manière ou d’une autre à l’éjection de MSC, mais l’équipe de chercheurs n’est pas certaine de la manière dont ils ont interagi.
Impression d’artiste d’une explosion de supernova de type II qui implique la destruction d’une étoile supergéante massive. Crédit : ESO
La variabilité significative de l’étoile jusqu’à son effondrement est déroutante. Le puissant éclat de lumière provenant de l’étoile avant l’explosion suggère que quelque chose d’inconnu se produit dans sa structure interne. Quels que soient ces changements, ils entraînent une gigantesque éjection de gaz avant que l’étoile ne s’effondre et n’explose.
Dans leur article, les auteurs discutent des causes possibles de l’éjection de gaz. Une possibilité est la perte de masse due aux ondes, qui se produit dans les dernières étapes de l’évolution stellaire. Elle se produit lorsque “… l’excitation de gravitational waves by oxygen or neon burning in the final years before SN can allow for the injection of energy into the outer stellar layers, resulting in an inflated envelope and/or eruptive mass-loss episodes,” they write. But current wave-driven models don’t match the progenitor star’s ejection of gas. They’re consistent with the progenitor star’s radius in its last 130 days, but not consistent with the burst of luminosity.
In the conclusion of their paper, the authors sum things up succinctly. “Given the progenitor mass range derived from nebular spectra, it is likely that the enhanced mass loss and precursor emission are the results of instabilities deeply rooted in the stellar interior, most likely associated with the final nuclear burning stages. Energy deposition from either gravitational waves generated in neon/oxygen burning stages or a silicon flash in the progenitor’s final ?130 days could have ejected stellar material that was then detected in both pre-explosion flux and the early-time SN spectrum.”
If there’s one supernova that behaves like this, there must be more. The team’s findings mean that surveys like the Young Supernova Experiment transient survey now have a way to find more of them in the future. If the survey finds more stars ejecting material like this one, then they know to keep an eye on it to see if it collapses and explodes.
“I am most excited by all of the new ‘unknowns’ that have been unlocked by this discovery,” said Jacobson-Galán. “Detecting more events like SN 2020tlf will dramatically impact how we define the final months of stellar evolution, uniting observers and theorists in the quest to solve the mystery of how massive stars spend the final moments of their lives.”
Originally published on Universe Today.
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