Lorsqu’une supernova a commencé, elle ressemblait à une olive – du moins avant d’être secouée et agitée.
Cette idée, rapportée dans le 12 novembre Avancées scientifiquesprovient de nouvelles observations faites à la suite de la mort d'une étoile massive. Ces résultats, qui constituent l'une des vues les plus complètes jamais capturées des premiers instants d'une supernova, donnent aux astronomes des indices importants sur la façon dont ces explosions commencent.
Le 10 avril 2024, une supernova a été détectée dans une galaxie proche. Au cours des 26 heures suivantes, une collaboration internationale d'astronomes est entrée en action pour recueillir des observations supplémentaires sur l'explosion avant qu'elle n'aille trop loin. Leurs efforts ont donné le premier aperçu de la forme d’une supernova – la mort explosive d’une étoile massive – et ont révélé son onde de choc traversant la surface stellaire.
« Il s'agit d'un ensemble d'observations très important », explique l'astrophysicien Adam Burrows de l'Université de Princeton, qui n'a pas participé à l'étude. « La théorie moderne des explosions de supernova semble être validée dans ses grandes lignes par ces données. »
Pendant la majeure partie de leur vie, les étoiles ayant au moins huit fois la masse du soleil génèrent une pression vers l'extérieur grâce à la fusion des atomes d'hydrogène et d'hélium dans leur noyau, contrecarrant ainsi la gravité. Mais une fois que ces étoiles sont à court de carburant, cette pression disparaît et le noyau s’effondre. Les couches supérieures de l'étoile emboîtent le pas et, lorsqu'elles touchent le noyau, elles créent une onde de choc rebondissante qui divise la surface de l'étoile et libère une immense quantité d'énergie et de lumière, que nous considérons comme une supernova. La question de savoir comment exactement l’onde de choc se déclenche est une question de longue date.
Fortuitement, la forme de l’onde de choc peut révéler ce qui l’a déclenchée. Mais cette vue éphémère doit être capturée avant que l’onde de choc ne soit perturbée par la matière entourant l’étoile, ce qui peut prendre quelques heures seulement.
Pour capturer l'instantané de la supernova d'avril 2024, les astronomes ont utilisé le très grand télescope de l'Observatoire européen austral au Chili, capable d'observer la polarisation, ou l'orientation, de la lumière de la supernova. En utilisant une technique appelée spectropolarimétrie, les chercheurs ont utilisé la polarisation de la lumière pour recréer la forme de l'explosion dans ses premiers instants. Leurs résultats ont montré que la lumière n’émanait pas de manière uniforme, comme la lumière d’une étoile typique, mais de forme allongée, en forme d’olive.
«Le tout premier [particles of light] et la matière ne jaillit pas de manière sphérique depuis la surface de l'étoile », explique Yi Yang, co-auteur de l'étude, astronome à l'Université Tsinghua de Pékin. « Scientifiquement, c'est très important, car la forme intrinsèque du choc nous en dit long sur la façon dont il s'est déclenché au cœur de l'étoile en premier lieu. »
Bien que les résultats ne puissent pas expliquer complètement comment ce type de supernova est déclenché, ils limitent les possibilités.
Les observations soutiennent la théorie selon laquelle l'onde de choc est initiée par des particules subatomiques fantomatiques appelées neutrinos qui sont excitées au plus profond de l'intérieur de l'étoile, ce qui chauffe les couches supérieures qui tombent comme de l'eau bouillante dans une casserole. Tout comme l'eau bouillante bouillonne de façon irrégulière, la matière de l'étoile bouillonne selon un motif irrégulier, qui finit par se transformer en une onde de choc asymétrique. Cette théorie générale semble être confirmée par les données, dit Burrows, mais des détails spécifiques doivent encore être élaborés. Et cela nécessitera davantage d’observations.
« Il s’agit d’un ensemble unique de données qui pourraient présager de bien meilleures choses pour l’avenir, comme nous commençons à le voir, avec [upcoming surveys]beaucoup, beaucoup plus de ces supernovas », dit Burrows. « Si une fraction d'entre elles peut être suivie avec ce type de précision, je pense que nous verrons une nouvelle ère de dialogue entre l'étude théorique de ces explosions et leur validation observationnelle. »
