Les supernovae apparaissent à nos yeux – et aux instruments astronomiques – en tant que brillantes flashs qui s'échappent dans le ciel sans avertissement, dans des endroits où rien n'était visible quelques instants auparavant. Le flash est causé par l'explosion colossale d'une étoile. Parce que les supernovae sont soudaines et imprévisibles, ils ont depuis longtemps été difficiles à étudier, mais aujourd'hui, grâce à des enquêtes de ciel étendues, continues et à haute catégorie, les astronomes peuvent en découvrir de nouveaux quotidiennement.
Il est cependant crucial de développer des protocoles et des méthodes qui les détectent rapidement; Ce n'est que de cette manière que nous pouvons comprendre les événements et les corps célestes qui les ont déclenchés.
Dans une étude pilote, Lluís Galbany de l'Institut des sciences de l'espace (ICE-CSIC) à Barcelone et ses collègues présentent une méthodologie qui peut obtenir les premiers spectres possibles de supernovae – idéalement dans les 48 heures, voire 24 heures, de la « première lumière ». Les résultats ont été publiés dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Les supernovae sont d'énormes explosions qui marquent les étapes finales de la vie d'une star. Ils tombent en deux grandes catégories, déterminées par la masse de l'étoile des progéniteurs. « Les supernovae thermonucléaires impliquent des étoiles dont la masse initiale n'a pas dépassé huit masses solaires », explique Galbany, premier auteur de l'étude.
« Le stade évolutif le plus avancé de ces étoiles avant la supernova est la naine blanche – très anciens objets qui n'ont plus de thermos à noyau actif.
Si une telle étoile est dans un système binaire, continue-t-il, il peut siphonner de son compagnon. La masse supplémentaire augmente la pression interne jusqu'à ce que le nain blanc explose comme une supernova.
« La deuxième catégorie majeure implique des étoiles très massives, au-dessus de huit masses solaires », explique Galbany.
« Ils brillent grâce à la fusion nucléaire dans leurs noyaux, mais une fois que l'étoile a brûlé à travers des atomes progressivement plus lourds – au point où la fusion supplémentaire ne donne plus d'énergie – le noyau s'effondre. À ce moment-là, l'étoile s'effondre parce que la gravité n'est plus contrebalancée; la contraction rapide augmente la pression interne considérablement et déclenche l'explosion. »
Les premières heures et les jours après la préservation de Blast préservent des indices directs sur le système des progéniteurs – des informations qui aident à distinguer les modèles d'explosion concurrents, estimer les paramètres critiques et à étudier l'environnement local. « Le plus tôt nous les voyons, mieux c'est », note Galbany.
Historiquement, l'obtention de telles données précoces a été difficile car la plupart des supernovae ont été découvertes quelques jours ou semaines après l'explosion. Des enquêtes modernes en champ large et haute catégorie – couvrant de grandes étendues de ciel et les revisitent fréquemment – changent cette image et permet aux découvertes en quelques heures ou jours.
Des protocoles et des critères sont encore nécessaires pour exploiter pleinement ces enquêtes, et l'équipe de Galbany a testé ces règles en utilisant des observations du Telescopio de Canarias Gran (GTC). Leur étude relève de 10 supernovae: demi-thermonucléaire, demi-noyau. La plupart ont été observés dans les six jours suivant l'explosion estimée et dans deux cas dans les 48 heures.
Le protocole commence par une recherche rapide de candidats en fonction de deux critères: le signal léger doit avoir été absent dans les images de la nuit précédente, et la nouvelle source doit se situer dans une galaxie. Lorsque les deux conditions sont remplies, l'équipe déclenche l'instrument Osiris sur la GTC pour obtenir un spectre.
« Le spectre de la supernova nous dit, par exemple, si l'étoile contenait de l'hydrogène – ce qui signifie que nous regardons une supernova en accélération du noyau », explique Galbany.
« Connaître la supernova dans ses tout premiers moments nous permet également de rechercher d'autres types de données sur le même objet, tels que la photométrie à partir de l'installation transitoire de Zwicky (ZTF) et de l'astéroïde, le dernier système d'alerte à impact terrestre (Atlas) que nous avons utilisé dans l'étude.
« Ces courbes lumineuses montrent comment la luminosité augmente dans la phase initiale; si nous voyons de petites bosses, cela peut signifier qu'une autre étoile d'un système binaire a été avalée par l'explosion. » Contrôle supplémentaire des données de correspondance sur le même patch de ciel des autres observatoires.
Étant donné que cette première étude a réussi à recueillir des données dans les 48 heures, les auteurs concluent que des observations encore plus rapides sont à portée de main. « Ce que nous venons de publier, c'est une étude pilote », explique Galbany.
« Nous savons maintenant qu'un programme spectroscopique à réponse rapide, bien coordonné avec des enquêtes photométriques profondes, peut collecter de manière réaliste les spectres dans la journée de l'explosion, ouvrant la voie à des études systématiques des phases les plus anciennes dans les grandes enquêtes à venir telles que le Southern Supernova enquête de La Silla (LS4) et l'espace de l'espace et du temps (LSST), les deux dans le Chile. »
