Illustration de l’artiste. Crédit : James Josephides, Université de technologie de Swinburne
Les supernovae de « type Ia » impliquent une explosion nain blanc proche de sa masse de Chandrasekhar. Pour cette raison, les explosions de supernova de type Ia ont des propriétés presque universelles et sont un excellent outil pour estimer la distance à l’explosion, comme une échelle de distance cosmique. Les étoiles massives qui s’effondrent formeront un type différent de supernova (type II) avec des propriétés plus variables, mais avec des luminosités maximales comparables.
À ce jour, les événements les plus lumineux se produisent dans les supernovae à effondrement de cœur dans un environnement gazeux, lorsque le milieu circumstellaire proche de l’explosion transforme l’énergie cinétique en rayonnement et augmente ainsi la luminosité. L’origine du matériau circumstellaire est généralement le vent stellaire provenant des couches externes de l’étoile massive lorsqu’elles sont expulsées avant l’explosion.
Une question naturelle est de savoir à quoi ressembleront les supernovae de type Ia dans un environnement gazeux dense ? Et quelle est l’origine du milieu circumstellaire dans ce cas ? Seront-ils aussi plus lumineux que leurs frères et sœurs standards ? Pour répondre à cette question, les chercheurs d’OzGrav Evgeni Grishin, Ryosuke Hirai et Ilya Mandel, avec une équipe internationale de scientifiques, ont étudié les explosions dans des disques d’accrétion denses autour des régions centrales des noyaux galactiques actifs. Ils ont construit un modèle analytique qui donne la luminosité maximale et la courbe de lumière pour diverses conditions initiales, telles que les propriétés du disque d’accrétion, la masse du supermassif trou noir, et l’emplacement et les propriétés internes de l’explosion (par exemple l’énergie initiale, la masse des éjectas). Le modèle a également utilisé des suites de simulations hydrodynamiques de rayonnement de pointe.
L’explosion génère une onde de choc au sein du milieu circumstellaire, qui se propage progressivement vers l’extérieur. Finalement, l’onde de choc atteint une coque suffisamment fine optiquement pour que les photons puissent « éclater ». L’emplacement de cette coquille d’évasion et la durée de la diffusion des photons déterminent les propriétés de la courbe de lumière.
Si la quantité de milieu circumstellaire est beaucoup plus petite que la masse de l’éjecta, les courbes de lumière ressemblent beaucoup aux supernovae de type Ia. A l’inverse, une masse circumstellaire très massive peut étouffer l’explosion et elle ne sera pas vue. Le sweet spot se situe quelque part entre les deux, où la masse de l’éjecta est à peu près comparable à la quantité de matière circumstellaire. Dans ce dernier cas, la luminosité maximale est 100 fois supérieure à celle des supernovae de type Ia standard, ce qui en fait l’un des événements de supernova les plus brillants à ce jour.
Le document de recherche décrivant ce travail (Grishin et al., “Supernova explosions in active galactic Nuclear discs”) a été récemment publié dans Avis mensuels de la Royal Astronomical Society. Les explosions lumineuses peuvent être observées dans des disques d’accrétion de taux d’accrétion, ou dans des galaxies avec des masses de trous noirs supermassifs plus petites où l’activité de fond du noyau galactique actif n’entravera pas les observations avec des instruments avancés.
Les processus physiques sous-jacents de la diffusion des photons et de l’éclatement des chocs peuvent être expliqués de manière créative avec de la poésie :
Tout à coup, la chaleur est intense.
Il faut se calmer, mais le chemin est opaque.
Chaque direction autour est si dense,
Lequel les photons doivent-ils prendre ?
Ils doivent sortir, pour l’amour de Dieu…
Au début, ils sont coincés, peu importe le chemin,
Ils se balancent d’un côté à l’autre, ils marchent au hasard.
Le leader devant les égare,
Comme ce troupeau radieux est hogtied…
Mais attendez, vous regardez aussi le choc ?
La fournaise menaçante commence à claquer,
Sa prise violente devenait fragile.
Le chemin est maintenant libre, la direction est « en haut ! »
Nous sommes assis sur la queue de l’amortisseur.
On saisit le choc, on va l’emporter !
Le front de choc derrière nous, mais nous sommes toujours hors de propos,
Nous propulsons avec une puissance incroyable.
Nous continuons à monter, augmentant le rythme,
Toute particule est maintenant hors de vue,
Dans ce vide, nous sommes libres de l’intérieur,
Et peut voyager aussi vite
comme la lumière.
Écrit par le chercheur d’OzGrav Evgeni Grishin, Université Monash
Référence : « Explosions de supernova dans les disques nucléaires galactiques actifs » par Evgeni Grishin, Alexey Bobrick, Ryosuke Hirai, Ilya Mandel et Hagai B Perets, 12 juillet 2021, Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
DOI : 10.1093/mnras/stab1957
