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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
Deux télescopes de Hawaï capturent une étoile massive quelques instants avant sa supernova.
Pour la toute première fois, des astronomes ont filmé en temps réel la fin dramatique de la vie d’une supergéante rouge, observant l’autodestruction rapide de l’étoile massive et ses derniers soubresauts avant son effondrement en supernova de type II.
En utilisant deux télescopes d’Hawaiʻi – l’Institut d’astronomie Pan-STARRS de l’Université d’Hawaiʻi sur Haleakalā, Maui et l’Observatoire W. M. Keck sur Maunakea, l’île d’Hawaiʻi – une équipe de chercheurs menant l’enquête transitoire Young Supernova Experiment (YSE) a observé la supergéante rouge pendant les 130 derniers jours précédant sa détonation mortelle.
“Il s’agit d’une percée dans notre compréhension de ce que font les étoiles massives quelques instants avant leur mort”, déclare Wynn Jacobson-Galán, chercheur diplômé de la NSF à UC Berkeley et 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 est publiée dans le numéro du 6 janvier 2022 de The Astrophysical Journal.
Pan-STARRS a détecté pour la première fois l’étoile massive condamnée à l’été 2020 grâce à 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, ou SN 2020tlf, à l’aide du spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l’observatoire Keck. Les données ont montré des preuves directes de la présence d’un matériau circumstellaire dense entourant l’étoile au moment de l’explosion, probablement le même gaz que celui que Pan-STARRS avait imaginé pour éjecter violemment l’étoile supergéante rouge plus tôt dans l’été.
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
” Keck a joué un rôle déterminant en fournissant des preuves directes de la transition d’une étoile massive vers une explosion de supernova “, explique 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.”
L’équipe a continué à surveiller SN 2020tlf après l’explosion ; sur la base des données obtenues par le DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) et le Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) de l’Observatoire Keck, ils ont déterminé que l’étoile supergéante rouge progénitrice de SN 2020tlf, située dans la galaxie NGC 5731 à environ 120 millions d’années-lumière, vue de la Terre, était 10 fois plus massive que le Soleil.
Cette découverte défie les idées précédentes sur la façon dont les étoiles supergéantes rouges évoluent juste avant d’exploser. Auparavant, toutes les supergéantes rouges observées avant d’exploser étaient relativement calmes : elles ne présentaient aucun signe d’éruption violente ou d’émission lumineuse, comme cela a été observé avant SN 2020tlf. Cependant, cette détection inédite d’un rayonnement lumineux provenant d’une supergéante rouge au cours de la dernière année avant l’explosion 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.
Margutti et Jacobson-Galán ont réalisé la plus grande partie de l’étude pendant leur séjour à l’université. Northwestern UniversityMargutti était professeur associé de physique et d’astronomie et membre du CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics), tandis que Jacobson-Galán était étudiant diplômé.
La découverte de l’équipe ouvre la voie à des études transitoires comme YSE pour rechercher des radiations lumineuses provenant de supergéantes rouges, et recueillir davantage de preuves que ce comportement pourrait signaler la disparition imminente d’une étoile massive par une supernova.
Je suis très excité par toutes les nouvelles “inconnues” qui ont été révélées par cette découverte”, a déclaré Jacobson-Galán. “Détecter davantage d’événementscomme SN 2020tlf aura un impact considérable 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.”
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Astronomers Capture Red Supergiant Star Exploding in Massive Supernova – For the Very First Time.
Référence : “Moments finaux. 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
