Cette image du télescope spatial Hubble de SN 1987A montre l’anneau éclaircissant des débris de supernova. Il s’agit de l’explosion de supernova la plus proche depuis près de 400 ans et elle est située dans le Grand Nuage de Magellan. Crédit : NASA, ESA et P. Challis (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)
Il semble que le même mécanisme qui brise les traînées de condensation des avions pourrait être en jeu dans la formation des amas d’hydrogène gazeux qui entourent les restes de la supernova 1987A.
Les physiciens se tournent souvent vers l’instabilité de Rayleigh-Taylor pour expliquer pourquoi des structures fluides se forment dans les plasmas, mais ce n’est peut-être pas toute l’histoire lorsqu’il s’agit de l’anneau d’amas d’hydrogène autour de la supernova 1987A, suggèrent des recherches de l’Université du Michigan.
Dans une étude publiée dans Lettres d’examen physiquel’équipe soutient que l’instabilité de Crow explique mieux le « collier de perles » entourant le reste de l’étoile, mettant ainsi en lumière un mystère astrophysique de longue date.
« Ce qui est fascinant, c’est que le même mécanisme qui brise le sillage des avions pourrait être en jeu ici », a déclaré Michael Wadas, auteur correspondant de l’étude et étudiant diplômé en génie mécanique au moment des travaux.
Une image proche infrarouge des restes laissés par la supernova 1987A, prise par le télescope spatial James Webb. Les amas d’hydrogène connus sous le nom de « collier de perles » apparaissent comme un anneau de points blancs autour du centre bleu sarcelle du reste stellaire, toujours brillants en raison de l’énergie conférée par l’onde de choc de la supernova. Le nombre d’amas est cohérent avec l’instabilité du Corbeau qui a provoqué leur formation.
Crédits : NASA, ESA, CSA, Mikako Matsuura (Université de Cardiff), Richard Arendt (NASA-GSFC, UMBC), Claes Fransson (Université de Stockholm), Josefin Larsson (KTH), Alyssa Pagan (STScI)
L’instabilité du corbeau au travail
Dans les traînées de condensation, l’instabilité du Corbeau crée des ruptures dans la ligne lisse des nuages en raison du flux d’air en spirale sortant de l’extrémité de chaque aile, appelés vortex de bout d’aile. Ces vortex s’entrecroisent, créant des espaces, ce que nous pouvons voir à cause de la vapeur d’eau présente dans les gaz d’échappement. Et l’instabilité de Crow peut faire quelque chose que Rayleigh-Taylor ne pouvait pas faire : prédire le nombre d’amas observés autour du reste.
« L’instabilité de Rayleigh-Taylor pourrait vous indiquer qu’il pourrait y avoir des amas, mais il serait très difficile d’en extraire un chiffre », a déclaré Wadas, qui est maintenant chercheur postdoctoral au California Institute of Technology.
La supernova 1987A fait partie des explosions stellaires les plus célèbres car elle est relativement proche de la Terre, à 163 000 années-lumière, et sa lumière a atteint la Terre à une époque où des observatoires sophistiqués existaient pour observer son évolution. Il s’agit de la première supernova visible à l’œil nu depuis la supernova de Kepler en 1604, ce qui en fait un événement astrophysique incroyablement rare qui a joué un rôle démesuré dans l’élaboration de notre compréhension de l’évolution stellaire.
La simulation montre la forme du nuage de gaz à gauche et les vortex, ou régions d’écoulement en rotation rapide, à droite. Chaque anneau représente une époque ultérieure dans l’évolution du nuage. Il montre comment un nuage de gaz qui commence comme un anneau pair sans rotation devient un anneau grumeleux à mesure que les vortex se développent. Finalement, le gaz se brise en amas distincts. Crédit : Michael Wadas, Laboratoire de calcul scientifique et de flux, Université du Michigan
Formation et recherche future
Bien que l’on ignore encore beaucoup de choses sur l’étoile qui a explosé, on pense que l’anneau de gaz entourant l’étoile avant l’explosion provenait de la fusion de deux étoiles. Ces étoiles rejettent de l’hydrogène dans l’espace qui les entoure lorsqu’elles sont devenues une géante bleue des dizaines de milliers d’années avant la supernova. Ce nuage de gaz en forme d’anneau a ensuite été secoué par le flux de particules chargées à grande vitesse provenant de la géante bleue, connue sous le nom de vent stellaire. On pense que ces amas se sont formés avant l’explosion de l’étoile.
Les chercheurs ont simulé la façon dont le vent poussait le nuage vers l’extérieur tout en le traînant sur la surface, le haut et le bas du nuage étant poussés plus rapidement que le milieu. Cela a provoqué l’enroulement du nuage sur lui-même, ce qui a déclenché l’instabilité du Corbeau et l’a fait se briser en touffes assez égales qui sont devenues le collier de perles. La prévision de 32 est très proche des 30 à 40 amas observés autour du reste de la supernova 1987A.
« C’est en grande partie pourquoi nous pensons qu’il s’agit de l’instabilité Crow », a déclaré Eric Johnsen, professeur de génie mécanique à l’UM et auteur principal de l’étude.
L’équipe a vu des indices selon lesquels l’instabilité de Crow pourrait prédire la formation d’un plus grand nombre d’anneaux de perles autour de l’étoile, plus éloignés de l’anneau qui apparaît le plus brillant sur les images du télescope. Ils ont été heureux de constater que davantage de touffes semblent apparaître sur la photo prise depuis le Télescope spatial James WebbLa caméra proche infrarouge de , lancée en août de l’année dernière, a expliqué Wadas.
L’équipe a également suggéré que l’instabilité de Crow pourrait être en jeu lorsque la poussière autour d’une étoile se dépose sur les planètes, bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires pour explorer cette possibilité.
L’étude a été soutenue par le ministère de l’Énergie, avec des ressources informatiques fournies par l’Extreme Science and Engineering Discovery Environment.
Les co-auteurs de l’étude sont : William White et Aaron Towne, respectivement étudiant diplômé et professeur adjoint en génie mécanique ; et Heath LeFevre et Carolyn Kuranz, respectivement chercheur et professeur agrégé de génie nucléaire et de sciences radiologiques ; tout à l’UM.
