L'astronome Ed Shaya était dans son bureau en train d'examiner les données du télescope spatial Kepler de la NASA en 2012 lorsqu'il a remarqué quelque chose d'inhabituel :la lumière d'une galaxie s'était rapidement éclaircie de 10 %. La soudaine augmentation de la lumière a instantanément excité Shaya, mais aussi nerveux. L'effet pourrait s'expliquer par l'explosion massive d'une étoile - une supernova ! - ou, plus troublant, une erreur informatique.

"Je me souviens juste de ce jour-là, ne sachant pas si je dois le croire ou non, " se souvient-il. Plutôt que de célébrer, il pensait, « Est-ce que j'ai fait une erreur ? Est-ce que je fais tout faux ? »

Les explosions stellaires forgent et distribuent les matériaux qui composent le monde dans lequel nous vivons, et détiennent également des indices sur la vitesse à laquelle l'univers s'étend. En comprenant les supernovae, les scientifiques peuvent percer des mystères qui sont la clé de ce dont nous sommes faits et du destin de notre univers. Mais pour avoir une image complète, les scientifiques doivent observer les supernovae sous divers angles, surtout dans les premiers instants de l'explosion. C'est vraiment difficile - on ne sait pas quand ni où une supernova pourrait se produire ensuite.

Un petit groupe d'astronomes, dont Shaya, s'est rendu compte que Kepler pouvait proposer une nouvelle technique de chasse aux supernovas. Lancé en 2009, Kepler est surtout connu pour avoir découvert des milliers d'exoplanètes. Mais en tant que télescope qui fixe des parcelles isolées de l'espace pendant de longues périodes, il peut capturer un vaste trésor d'autres trésors cosmiques, en particulier ceux qui changent rapidement ou qui apparaissent et disparaissent, comme les supernovae.

"Kepler a ouvert une nouvelle façon de regarder le ciel, " a déclaré Jessie Dotson, Scientifique du projet Kepler, basé au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie. "Il a été conçu pour faire une chose vraiment bien, qui était de trouver des planètes autour d'autres étoiles. Pour pouvoir faire ça, il devait fournir une haute précision, données continues, ce qui a été précieux pour d'autres domaines de l'astronomie."

Initialement, Shaya et ses collègues recherchaient des noyaux galactiques actifs dans leurs données Kepler. Un noyau galactique actif est une zone extrêmement lumineuse au centre d'une galaxie où un trou noir vorace est entouré d'un disque de gaz chaud. Ils avaient pensé à chercher des supernovae, mais comme les supernovae sont des événements si rares, ils ne l'ont pas mentionné dans leur proposition. "C'était trop incertain, " dit Shaya.

Je ne sais pas si le signal de supernova qu'il a trouvé était réel, Shaya et son collègue de l'Université du Maryland, Robert Olling, ont passé des mois à développer un logiciel pour mieux calibrer les données Kepler, en tenant compte des variations de température et de pointage de l'instrument. Toujours, le signal de supernova a persisté. En réalité, ils ont trouvé cinq autres supernovae dans leur échantillon Kepler de plus de 400 galaxies. Quand Olling montra l'un des signaux à Armin Rest, qui est maintenant astronome au Space Telescope Science Institute de Baltlimore, La mâchoire de Rest tomba. "J'ai commencé à baver, ", a-t-il déclaré. La porte s'était ouverte sur une nouvelle façon de suivre et de comprendre les explosions stellaires.

Aujourd'hui, ces astronomes font partie du Kepler Extra-Galactic Survey, une collaboration entre sept scientifiques aux États-Unis, L'Australie et le Chili recherchent des supernovae et des noyaux galactiques actifs pour explorer la physique de notre univers. À ce jour, ils ont trouvé plus de 20 supernovae en utilisant les données du vaisseau spatial Kepler, y compris un type exotique rapporté par Rest dans une nouvelle étude en Astronomie de la nature . Beaucoup d'autres sont actuellement enregistrés par les observations en cours de Kepler.

"Nous avons certaines des supernovae les mieux comprises, " a déclaré Brad Tucker, astronome à l'observatoire du mont Stromlo à l'Université nationale australienne, qui fait partie de l'enquête extra-galactique Kepler.

Pourquoi nous soucions-nous des supernovae ?

Un mystère de longue date en astrophysique est de savoir comment et pourquoi les étoiles explosent de différentes manières. Un type de supernova se produit lorsqu'un dense, étoile morte appelée naine blanche explose. Un deuxième type se produit lorsqu'une seule étoile gigantesque approche de la fin de sa vie, et son noyau ne peut plus résister aux forces gravitationnelles agissant sur lui. Les détails de ces catégories générales sont encore en cours d'élaboration.

Le premier genre, appelé "type Ia" (prononcé comme "un a") est spécial car la luminosité intrinsèque de chacune de ces supernovae est presque la même. Les astronomes ont utilisé cette propriété standard pour mesurer l'expansion de l'univers et ont découvert que les supernovae les plus éloignées étaient moins brillantes que prévu. Cela indiquait qu'ils étaient plus loin que les scientifiques ne l'avaient pensé, alors que la lumière s'était étendue sur l'espace en expansion. Cela a prouvé que l'univers s'étend à un rythme accéléré et a valu à ces chercheurs le prix Nobel en 2011. La théorie principale est qu'une force mystérieuse appelée "énergie noire" pousse tout dans l'univers à l'écart de tout le reste, de plus en plus vite.

Mais comme les astronomes trouvent de plus en plus d'exemples d'explosions de type Ia, y compris avec Kepler, ils se rendent compte que tous ne sont pas créés égaux. Alors que certaines de ces supernovae se produisent lorsqu'une naine blanche vole trop de matière à son compagnon, d'autres sont le résultat de la fusion de deux naines blanches. En réalité, les fusions de naines blanches peuvent être plus courantes. Davantage de recherches sur les supernovas avec Kepler aideront les astronomes dans une quête pour savoir si différents mécanismes de type Ia font que certaines supernovas sont plus brillantes que d'autres, ce qui mettrait en péril la façon dont elles sont utilisées pour mesurer l'expansion de l'univers.

"Pour avoir une meilleure idée de la contrainte de l'énergie noire, il faut mieux comprendre comment se forment ces supernovae de type Ia, " Reste dit.

Un autre type de supernova, la variété "cœur effondrement", se produit lorsqu'une étoile massive termine sa vie dans une explosion. Cela inclut les supernovae de « Type II ». Ces supernovae ont une onde de choc caractéristique appelée "shock breakout, " qui a été capturé pour la première fois en lumière optique par Kepler. L'équipe Kepler Extra-Galactic Survey, dirigé par le membre de l'équipe Peter Garnavich, professeur d'astrophysique à l'Université de Notre Dame dans l'Indiana, repéré cette évasion de choc en 2011 données Kepler d'une supernova appelée KSN 2011d, une explosion d'une étoile environ 500 fois la taille de notre Soleil. Étonnamment, l'équipe n'a pas trouvé d'éruption de choc dans une supernova de type II plus petite appelée KSN 2011a, dont l'étoile faisait 300 fois la taille du Soleil, mais a plutôt trouvé la supernova nichée dans une couche de poussière, suggérant qu'il existe une diversité dans les explosions stellaires de type II, trop.

Les données de Kepler ont révélé d'autres mystères sur les supernovae. La nouvelle étude dirigée par Rest in Nature Astronomy décrit une supernova à partir de données capturées par la mission prolongée de Kepler, appelé K2, qui atteint son pic de luminosité en un peu plus de deux jours, environ 10 fois moins que les autres. C'est l'exemple connu le plus extrême d'une supernova « transitoire lumineux à évolution rapide » (FELT). Les feutres sont à peu près aussi brillants que la variété de type Ia, mais s'élève en moins de 10 jours et s'estompe en environ 30. Il est possible que l'étoile ait craché une coquille de gaz dense environ un an avant l'explosion, et quand la supernova s'est produite, le matériau éjecté a heurté la coque. L'énergie libérée dans cette collision expliquerait l'éclaircissement rapide.

Pourquoi Kepler ?

Les télescopes sur Terre offrent beaucoup d'informations sur les étoiles qui explosent, mais seulement sur de courtes périodes de temps - et seulement lorsque le Soleil se couche et que le ciel est dégagé - il est donc difficile de documenter les effets "avant" et "après" de ces explosions. Kepler, d'autre part, offre aux astronomes la rare opportunité de surveiller en continu des parcelles isolées du ciel pendant des mois, comme la caméra du tableau de bord d'une voiture qui enregistre toujours. En réalité, la mission principale de Kepler, qui s'est déroulé de 2009 à 2013, livré quatre années d'observations du même champ de vision, prendre une photo toutes les 30 minutes environ. Dans la mission K2 prolongée, le télescope maintient son regard fixe pendant environ trois mois.

Avec des télescopes au sol, les astronomes peuvent dire la couleur de la supernova et comment elle change avec le temps, ce qui leur permet de déterminer quels produits chimiques sont présents dans l'explosion. La composition de la supernova aide à déterminer le type d'étoile qui a explosé. Kepler, d'autre part, révèle comment et pourquoi l'étoile explose, et les détails de la progression de l'explosion. En utilisant les deux ensembles de données ensemble, les astronomes peuvent obtenir des images plus complètes du comportement des supernovae que jamais auparavant.

Les planificateurs de la mission Kepler ont relancé le télescope en 2013, après le dysfonctionnement de la deuxième de ses quatre roues de réaction, des dispositifs qui aident à contrôler l'orientation de l'engin spatial. Dans la configuration appelée K2, il doit tourner tous les trois mois environ, marquant l'observation des « campagnes ». Les membres du Kepler Extra-Galactic Survey ont fait valoir que dans la mission K2, Kepler pouvait encore surveiller les supernovae et autres exotiques, objets astrophysiques lointains, en plus des exoplanètes.

Les possibilités étaient si excitantes que l'équipe Kepler a conçu deux campagnes d'observation K2 particulièrement utiles pour coordonner les études de supernovae avec des télescopes au sol. Campagne 16, qui a commencé le 7 décembre 2017, et terminé le 25 février, 2018, inclus 9, 000 galaxies. Il y en a environ 14, 000 dans la campagne 17, qui ne fait que commencer maintenant. Dans les deux campagnes, Kepler fait face à la direction de la Terre afin que les observateurs au sol puissent voir le même morceau de ciel que le vaisseau spatial. Les campagnes ont enthousiasmé une communauté de chercheurs qui peuvent profiter de cette rare coordination entre Kepler et les télescopes au sol.

Une récente observation possible a énervé les astronomes le dimanche du Super Bowl cette année, même s'ils n'étaient pas dans le jeu. En ce "super" jour, le All Sky Automated Survey for SuperNovae (ASASSN) a signalé une supernova dans la même galaxie voisine que Kepler surveillait. Ce n'est qu'un des nombreux événements candidats que les scientifiques sont ravis de suivre et peut-être d'utiliser pour mieux comprendre les secrets de l'univers.

Quelques autres supernovae pourraient provenir du satellite Transiting Exoplanet Survey de la NASA, (TESS) qui devrait être lancé le 16 avril. En attendant, les scientifiques auront beaucoup de travail devant eux une fois qu'ils auront reçu l'ensemble de données complet des campagnes de K2 axées sur les supernovas.

"Ce sera un trésor d'informations sur les supernovas pour les années à venir, " dit Tucker.