Interprétation d'artiste de la supernova riche en calcium 2019ehk. En orange, le matériau riche en calcium créé lors de l'explosion. La coloration violette représente le gaz rejeté par l'étoile juste avant l'explosion, qui a ensuite produit une émission de rayons X brillante lorsque le matériau est entré en collision avec l'onde de choc de la supernova. Crédit :Aaron M. Geller/Université Northwestern
La moitié de tout le calcium de l'univers, y compris le calcium même de nos dents et de nos os, a été créé dans le dernier souffle des étoiles mourantes.
Appelées "supernovae riches en calcium, " ces explosions stellaires sont si rares que les astrophysiciens ont eu du mal à les trouver et par la suite à les étudier. La nature de ces supernovae et leur mécanisme de création de calcium, donc, sont restés insaisissables.
Maintenant, une équipe dirigée par la Northwestern University a potentiellement découvert la vraie nature de ces rares, événements mystérieux. Pour la toute première fois, les chercheurs ont examiné une supernova riche en calcium par imagerie aux rayons X, qui a fourni un aperçu sans précédent de l'étoile au cours du dernier mois de sa vie et de son explosion ultime.
Les nouvelles découvertes ont révélé qu'une supernova riche en calcium est une étoile compacte qui libère une couche externe de gaz au cours des dernières étapes de sa vie. Quand l'étoile explose, sa matière entre en collision avec le matériau meuble dans cette enveloppe extérieure, émettant des rayons X brillants. L'explosion globale provoque des températures extrêmement chaudes et une pression élevée, entraînant une réaction chimique qui produit du calcium.
"Ces événements sont si peu nombreux que nous n'avons jamais su ce qui a produit une supernova riche en calcium, " a déclaré Wynn Jacobson-Galan, un étudiant diplômé de première année de Northwestern qui a dirigé l'étude. "En observant ce que cette étoile a fait au cours de son dernier mois avant d'atteindre son seuil critique, fin tumultueuse, nous avons scruté un endroit jusque-là inexploré, ouvrant de nouvelles voies d'étude au sein de la science transitoire."
"Avant cet événement, nous avions des informations indirectes sur ce que pourraient être ou non les supernovae riches en calcium, " a déclaré Raffaella Margutti de Northwestern, un auteur principal de l'étude. "Maintenant, nous pouvons écarter en toute confiance plusieurs possibilités."
La recherche sera publiée le 5 août dans Le Journal d'Astrophysique . Près de 70 co-auteurs de plus de 15 pays ont contribué à l'article.
Margutti est professeure adjointe de physique et d'astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du CIERA (Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique). Jacobson-Galan est chercheur diplômé de la NSF dans le groupe de recherche sur les transitoires de Margutti.
Image du télescope spatial Hubble de SN 2019ehk dans sa galaxie hôte spirale, Messier 100. L'image est un composite composé d'images pré et post explosion. Crédit :CTIO/SOAR/NOIRLab/NSF/AURA/Northwestern University/C. Télescope spatial Hubble Kilpatrick/Université de Californie Santa Cruz/NASA-ESA
« Une collaboration mondiale a été déclenchée »
L'astronome amateur Joel Shepherd a d'abord repéré l'éclat lumineux, surnommé SN2019ehk, tout en observant les étoiles à Seattle. Le 28 avril, 2019, Shepherd a utilisé son nouveau télescope pour voir Messier 100 (M100), une galaxie spirale située à 55 millions d'années-lumière de la Terre. Le lendemain, un point orange vif est apparu dans le cadre. Shepherd a signalé l'anomalie à une enquête astronomique de la communauté.
"Dès que le monde a su qu'il y avait une supernova potentielle dans M100, une collaboration mondiale s'est enclenchée, " Jacobson-Galan a dit. "Chaque pays avec un télescope proéminent s'est tourné pour regarder cet objet."
Cela comprenait les principaux observatoires aux États-Unis tels que le satellite Swift de la NASA, W.M. L'observatoire Keck à Hawaï et l'observatoire Lick en Californie. L'équipe du Nord-Ouest, qui a accès à distance à Keck, était l'une des nombreuses équipes dans le monde qui ont déclenché ses télescopes pour examiner SN2019ehk dans les longueurs d'onde optiques. Daichi Hiramatsu, étudiant diplômé de l'Université de Californie à Santa Barbara, a été le premier à inciter Swift à étudier SN2019ehk dans les rayons X et l'ultraviolet. Hiramatsu est également chercheur à l'observatoire de Las Cumbres, qui a joué un rôle crucial dans le suivi de l'évolution à long terme de cette supernova avec son réseau mondial de télescopes.
L'opération mondiale de suivi s'est déroulée si rapidement que la supernova a été observée à peine 10 heures après l'explosion. L'émission de rayons X détectée avec Swift n'a duré que cinq jours puis a complètement disparu.
« Dans le monde des transitoires, nous devons découvrir des choses très, très vite avant qu'ils ne s'estompent, " dit Margutti. " Au départ, personne ne cherchait des rayons X. Daichi a remarqué quelque chose et nous a alertés sur l'apparence étrange de ce qui ressemblait à des rayons X. Nous avons regardé les images et réalisé que quelque chose était là. C'était beaucoup plus lumineux qu'on ne l'aurait jamais pensé. Il n'y avait aucune théorie préexistante qui prédisait que les transitoires riches en calcium seraient si lumineux dans les longueurs d'onde des rayons X."
"Le plus riche des riches"
Alors que tout le calcium vient des étoiles, les supernovae riches en calcium contiennent le punch le plus puissant. Les étoiles typiques créent lentement de petites quantités de calcium en brûlant de l'hélium tout au long de leur vie. supernovae riches en calcium, d'autre part, produire des quantités massives de calcium en quelques secondes.
"L'explosion essaie de se refroidir, " expliqua Margutti. " Il veut donner son énergie, et l'émission de calcium est un moyen efficace de le faire."
En utilisant Keck, l'équipe de Northwestern a découvert que SN 2019ehk a émis le plus de calcium jamais observé lors d'un événement astrophysique singulier.
"Ce n'était pas seulement riche en calcium, " a dit Margutti. " C'était le plus riche des riches. "
Découvrir de nouveaux indices
La brève luminosité de SN2019ehk a raconté une autre histoire sur sa nature. Les chercheurs de Northwestern pensent que l'étoile a perdu une couche externe de gaz dans ses derniers jours. Quand l'étoile a explosé, son matériau est entré en collision avec cette couche externe pour produire un brillant, bouffée énergétique de rayons X.
"La luminosité nous dit combien de matière l'étoile a jetée et à quel point cette matière était proche de l'étoile, " Jacobson-Galan a déclaré. "Dans ce cas, l'étoile a perdu une très petite quantité de matière juste avant d'exploser. Ce matériel était toujours à proximité."
Bien que le télescope spatial Hubble observe M100 depuis 25 ans, le puissant appareil n'a jamais enregistré l'étoile - qui connaissait sa dernière évolution - responsable de SN2019ehk. Les chercheurs ont utilisé les images de Hubble pour examiner le site de la supernova avant l'explosion et ont déclaré qu'il s'agissait d'un autre indice sur la véritable nature de l'étoile.
"C'était probablement une naine blanche ou une étoile massive de très faible masse, " Jacobson-Galan a déclaré. "Les deux seraient très faibles."
"Sans cette explosion, vous ne sauriez pas que quoi que ce soit ait jamais été là, " ajouta Margutti. " Même Hubble ne pouvait pas le voir. "
