La mort d'une étoile massive dans une galaxie lointaine il y a 10 milliards d'années a créé une rare supernova superlumineuse qui, selon les astronomes, est l'une des plus lointaines jamais découvertes. L'explosion brillante, plus de trois fois plus brillant que les 100 milliards d'étoiles de notre galaxie de la Voie Lactée réunis, s'est produit environ 3,5 milliards d'années après le big bang à une période connue sous le nom de « haut midi cosmique, " lorsque le taux de formation d'étoiles dans l'univers a atteint son apogée.

Les supernovae superlumineuses sont 10 à 100 fois plus lumineuses qu'une supernova typique résultant de l'effondrement d'une étoile massive. Mais les astronomes ne savent toujours pas exactement quels types d'étoiles sont à l'origine de leur extrême luminosité ou quels processus physiques sont impliqués.

La supernova connue sous le nom de DES15E2mlf est inhabituelle, même parmi le petit nombre de supernovae superlumineuses que les astronomes ont détectées jusqu'à présent. Il a été initialement détecté en novembre 2015 par la collaboration Dark Energy Survey (DES) à l'aide du télescope Blanco de 4 mètres de l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili. Des observations de suivi pour mesurer la distance et obtenir des spectres détaillés de la supernova ont été menées avec le spectrographe multi-objets Gemini sur le télescope Gemini South de 8 mètres.

L'enquête a été menée par les astronomes de l'UC Santa Cruz, Yen-Chen Pan et Ryan Foley, dans le cadre d'une équipe internationale de collaborateurs du DES. Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans un article publié le 21 juillet dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

Les nouvelles observations peuvent fournir des indices sur la nature des étoiles et des galaxies lors de la formation maximale des étoiles. Les supernovae sont importantes dans l'évolution des galaxies car leurs explosions enrichissent le gaz interstellaire à partir duquel de nouvelles étoiles se forment avec des éléments plus lourds que l'hélium (que les astronomes appellent « métaux »).

"Il est important simplement de savoir que des étoiles très massives explosaient à ce moment-là, " dit Foley, professeur adjoint d'astronomie et d'astrophysique à l'UC Santa Cruz. "Ce que nous voulons vraiment savoir, c'est le taux relatif de supernovae superlumineuses par rapport aux supernovae normales, mais nous ne pouvons pas encore faire cette comparaison car les supernovae normales sont trop faibles pour être vues à cette distance. Nous ne savons donc pas si cette supernova atypique nous dit quelque chose de spécial à propos de cette époque il y a 10 milliards d'années."

Des observations antérieures de supernovae superlumineuses ont révélé qu'elles résident généralement dans des galaxies de faible masse ou naines, qui ont tendance à être moins riches en métaux que les galaxies plus massives. La galaxie hôte de DES15E2mlf, cependant, est un assez massif, galaxie d'apparence normale.

"L'idée actuelle est qu'un environnement à faible teneur en métaux est important dans la création de supernovae superlumineuses, et c'est pourquoi ils ont tendance à se produire dans les galaxies de faible masse, mais DES15E2mlf est dans une galaxie relativement massive par rapport à la galaxie hôte typique des supernovae superlumineuses, " dit Pan, chercheur postdoctoral à l'UC Santa Cruz et premier auteur de l'article.

Foley a expliqué que les étoiles avec moins d'éléments lourds conservent une plus grande fraction de leur masse lorsqu'elles meurent, ce qui peut provoquer une explosion plus importante lorsque l'étoile épuise son approvisionnement en carburant et s'effondre.

"Nous savons que la métallicité affecte la vie d'une étoile et comment elle meurt, donc trouver cette supernova superlumineuse dans une galaxie de masse plus élevée va à l'encontre de la pensée actuelle, " Foley a dit. "Mais nous regardons si loin dans le temps, cette galaxie aurait eu moins de temps pour créer des métaux, il se peut donc qu'à ces époques antérieures de l'histoire de l'univers, même les galaxies de masse élevée avaient une teneur en métal suffisamment faible pour créer ces extraordinaires explosions stellaires. A un moment donné, la Voie lactée avait également ces conditions et pourrait également avoir produit beaucoup de ces explosions. »

"Bien que de nombreuses énigmes subsistent, la capacité d'observer ces supernovae inhabituelles à de si grandes distances fournit des informations précieuses sur les étoiles les plus massives et sur une période importante de l'évolution des galaxies, " dit Mat Smith, chercheur postdoctoral à l'Université de Southampton. Le Dark Energy Survey a découvert un certain nombre de supernovae superlumineuses et continue de voir des explosions cosmiques plus lointaines révélant comment les étoiles ont explosé pendant la période la plus forte de formation d'étoiles.