Le mystère de la façon dont les étoiles géantes passent leurs derniers instants avant d’exploser dans une mort radieuse vient d’être un peu plus près d’être résolu, en partie grâce à des chercheurs qui ont remis en question l’idée que les modèles implicites sont suffisants pour étudier les étoiles mourantes.
Dans un article publié mardi dans The Astrophysical Journal, des astronomes de l’Université du Texas à Austin décrivent un nouveau modèle pour ce qu’ils pensent qu’il se passe lorsque certaines des plus grandes étoiles du cosmos explosent en supernovae à la fin de leur vie, avant de se transformer en étoiles à neutrons ou en trous noirs.
Lorsque des étoiles huit fois plus massives que le Soleil ou plus grandes brûlent leur combustible d’hydrogène, elles commencent à fusionner des éléments de plus en plus lourds comme l’oxygène, le silicium et finalement le fer. À ce stade, incapables de soutenir les réactions thermonucléaires en leur cœur qui s’opposent à leur propre gravité massive, elles s’effondrent sur elles-mêmes et explosent en supernova.
Bien qu’elles aient brûlé la majeure partie de leur hydrogène, certaines étoiles supermassives conservent une couche externe d’hydrogène gazeux jusqu’au moment où elles explosent. Mais un certain type de supernovae, le type IB, concerne les étoiles qui ont perdu cette couche externe d’hydrogène.
Des scientifiques comme Craig Wheeler, professeur d’astronomie à l’Université du Texas à Austin, aimeraient savoir comment ces étoiles perdent cet hydrogène.
“Ce que nous essayons de comprendre, c’est ce qui fait exploser ces étoiles massives”, a-t-il déclaré. “Comprendre quelle éjection de masse elles font peu de temps avant d’exploser est une pièce de cette histoire, en quelque sorte, encore plus grande, de comment les étoiles massives évoluent et meurent.”
En 2014, une étoile située à 40 millions d’années-lumière dans la galaxie spirale NGC 7331 est devenue supernova, et les observateurs l’ont rapidement classée comme une étoile de type 1B, car il n’y avait aucune preuve d’hydrogène dans la lumière provenant de l’explosion. Mais alors que Wheeler et ses collègues observaient la lumière de SN 2014C au cours des mois et des années suivants, ils étaient perplexes : ils ont commencé à voir des traces d’hydrogène là où il n’y en avait pas.
La supernova SN 2014C dans la galaxie lointaine NGC 7331, vue en lumière visible et en rayons X.
(Nasa)
“Si vous regardez une supernova qui, lorsqu’elle explose, ne contient pas d’hydrogène. Si vous regardez une supernova qui, lorsqu’elle explose, ne contient pas d’hydrogène, et qui un peu plus tard, des mois, un an, voire une décennie plus tard, commence à montrer des signes d’émission d’hydrogène, cela suggère qu’elle contenait de l’hydrogène et qu’il a été expulsé dans le milieu environnant”, a déclaré le Dr Wheeler. “Puis la supernova explose et entre en collision avec cet hydrogène précédemment rejeté”.
Le Dr Wheeler et ses collègues suggèrent dans leur article que SN 2014C a eu lieu dans un système stellaire binaire et que le compagnon de l’étoile qui a explosé a contribué à extraire la couche externe d’hydrogène de l’étoile mourante avant son explosion. Les vents stellaires des deux étoiles ont ensuite poussé l’hydrogène dans l’espace autour de la paire dans une “enveloppe commune”.”
Mais ce n’est pas une idée nouvelle. Ce que le Dr Wheeler croit important est la forme de l’enveloppe commune – ses résultats montrent qu’il doit s’agir d’un disque.
“Une vieille plaisanterie dit que tous les physiciens supposent d’abord que les vaches ont une symétrie sphérique”, a déclaré le Dr Wheeler, l’idée étant que les physiciens font souvent des hypothèses simplificatrices sur les phénomènes pour commencer à résoudre un problème. Dans le cas de SN 2014C, dit-il, la plupart des modèles supposent que l’enveloppe commune autour des deux étoiles est à peu près sphérique et que l’explosion de la supernova s’étend de manière sphérique.
Mais lorsque le Dr Wheeler et son équipe ont passé en revue tous les chiffres, ils ont trouvé des contradictions dans les données tant qu’ils essayaient de les intégrer dans un modèle symétrique et sphérique.
“Il devait être asymétrique d’une certaine manière, et nous avons donc soutenu que… [the hydrogen is] Il fallait qu’elle soit asymétrique d’une manière ou d’une autre, et nous avons donc soutenu qu’elle se trouvait dans un disque, et cela nous aide à rassembler toutes les données dans une image cohérente”, a-t-il dit. “L’un des principaux messages de notre article n’est pas seulement que cela pourrait être asymétrique, mais que cela doit absolument l’être.”
La matière orbitant autour d’objets massifs sous forme de disque n’est pas inhabituelle en astronomie, souligne le Dr Wheeler. La matière qui tourbillonne autour des trous noirs avant d’y glisser est comprimée en un disque, les planètes se forment à partir de disques de poussière autour des étoiles, et les galaxies elles-mêmes sont, dans une certaine mesure, semblables à des disques.
Mais, selon le Dr Wheeler, de nombreux physiciens ont utilisé des hypothèses sphériques lorsqu’ils ont utilisé des ordinateurs pour modéliser les supernovae de type Ib, afin de calculer “la chose la plus simple qu’ils pouvaient faire pour explorer ce qu’ils regardaient.”
“Nous allons devoir faire une pause sur ce point”, a-t-il ajouté.
Et alors que les questions sur la façon dont les astronomes modélisent les supernovae peuvent sembler obscures pour les lecteurs profanes, le Dr Wheeler souligne qu’ils ont fait preuve d’une grande créativité et d’une grande capacité d’adaptation.sont les pièces d’un puzzle beaucoup plus vaste qui couvre la quasi-totalité du cosmos. Les supernovae sont à l’origine des éléments plus lourds tels que le fer, le silicium et le carbone nécessaires à l’existence de planètes et de formes de vie semblables à la Terre, tandis que les étoiles à neutrons et les trous noirs résultant de ces explosions massives tiraillent le tissu même de la réalité.
Une meilleure compréhension de la modélisation des supernovae aidera les scientifiques à mieux comprendre l’univers, et M. Wheeler soutient que ce modèle asymétrique pourrait s’appliquer à de nombreuses supernovae dans l’univers, et pas seulement à SN 2014C. Il y a beaucoup réfléchi, mais il admet volontiers qu’il pourrait se tromper, et il attend avec impatience la réaction de la communauté scientifique à cet article.
“Je pense que nos collègues vont devoir s’asseoir et, vous savez, se frotter le menton, réfléchir à tout cela et l’assimiler à leur image”, a déclaré le Dr Wheeler. “Il y a une réunion à Munich l’automne prochain à laquelle je ne suis pas sûr de pouvoir aller, mais ils seront tous là et ce serait très amusant d’avoir cette conversation.”
