Une supernova découverte par un groupe international d'astronomes a fourni un regard inédit sur les premiers instants d'une violente explosion stellaire. L'équipe, dirigé par Ben Shappee de l'Institut d'astronomie (IfA) de l'Université d'Hawai'i (UH) et Tom Holoien des observatoires Carnegie, a trouvé une signature mystérieuse dans la lumière des premières heures de l'explosion. Leurs conclusions sont publiées dans un trio d'articles dans le Journal d'astrophysique .

Cette catégorie de supernova, appelé "Type Ia, " est fondamental pour notre compréhension du cosmos. Leurs fours nucléaires sont essentiels pour générer de nombreux éléments qui nous entourent, et ils sont utilisés comme règles cosmiques pour mesurer les distances à travers l'univers. Malgré leur importance, le mécanisme réel qui déclenche une explosion de supernova de type Ia est resté insaisissable pendant des décennies.

C'est pourquoi les prendre en flagrant délit est crucial.

Les astronomes ont longtemps essayé d'obtenir des données détaillées aux premiers instants des explosions, dans l'espoir de comprendre comment ces phénomènes se déclenchent. Pour la première fois, ils ont réussi en février de cette année, avec la découverte d'une supernova de type Ia appelée ASASSN-18bt (également connue sous le nom de SN 2018oh).

ASASSN-18bt a été découvert par le All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), un réseau international de télescopes dont le siège est à l'Ohio State University, qui scanne régulièrement le ciel à la recherche de supernovae et d'autres événements explosifs. Le télescope spatial Kepler de la NASA a pu simultanément prendre des données complémentaires sur cet événement. Kepler a été conçu pour être extrêmement sensible aux petits changements de lumière pour sa mission principale de détection des planètes extrasolaires, il a ainsi pu obtenir des informations particulièrement détaillées sur la genèse de l'explosion.

"ASASSN-18bt est la supernova la plus proche et la plus brillante jamais observée par Kepler, il a donc offert une excellente occasion de tester les théories prédominantes de la formation de supernova, " dit Shappee, qui est l'auteur principal de l'article sur la découverte et les premiers temps. "La courbe lumineuse de Kepler est incroyable. Nous pouvons sonder l'explosion quelques heures seulement après qu'elle se soit produite."

En plus des données de découverte et de pré-découverte d'ASAS-SN, deux sondages du ciel de l'IfA ont également joué un rôle crucial. Les données de pré-découverte du télescope d'enquête panoramique et du système de réponse rapide (Pan-STARRS) et du système de dernière alerte d'impact terrestre d'astéroïdes (ATLAS) ont permis de fournir des informations essentielles sur la couleur de la supernova qui s'éclaircit. Pan-STARRS a même attrapé ASASSN-18bt le premier jour après son explosion.

Combiner les données de l'ASAS-SN, Kepler, Pan-ÉTOILES, ATLAS, et des télescopes du monde entier, les astronomes ont réalisé que ASASSN-18bt avait l'air inhabituel au cours de ses premiers jours. "De nombreuses supernovae montrent une augmentation progressive de la lumière qu'elles émettent, " dit Maria Drout, professeur adjoint à l'Université de Toronto et troisième auteur de l'article sur la découverte. "Mais pour cet événement, vous pouviez clairement voir quelque chose d'inhabituel et d'excitant se produire dans les premiers temps, une émission supplémentaire inattendue."

On pense que les supernovae de type Ia proviennent de l'explosion thermonucléaire d'une étoile naine blanche, le noyau mort laissé par une étoile semblable au soleil après avoir épuisé son combustible nucléaire. Du matériel doit être ajouté à la naine blanche d'une étoile compagne pour déclencher l'explosion, mais la nature de l'étoile compagne et la façon dont le carburant est transféré ont longtemps été débattues.

Une possibilité est que cette lumière supplémentaire vue pendant les premiers temps de la supernova pourrait provenir de l'explosion de la naine blanche entrant en collision avec l'étoile compagne. Bien qu'il s'agisse de l'hypothèse initiale, des comparaisons détaillées avec des modèles théoriques et des observations de suivi du télescope Keck ont ​​démontré que cette lumière supplémentaire a un effet différent, origine inexpliquée.

"While the steep increase in ASASSN-18bt's early brightness could indicate that the explosion collides with another star, the data doesn't quite fit predictions for how this should appear, " Holoien said. "Other possibilities, such as an unusual distribution of radioactive isotopes in the exploded star, could also explain what we saw."

En effet, recent Keck observations looked for the outer layers that would have been stripped from a nearby star by the violent supernova explosion. "If the donor star was there, we would have seen it, " says Michael Tucker, a graduate student at the Institute for Astronomy and lead author on the Keck paper. "But we just don't see anything."

This supports a recent hypothesis put forth by visiting-IfA astronomer Maximilian Stritzinger of Aarhus University that there may be two distinct populations of Type Ia supernovae—those that show early emission and those that do not—without the need for a nearby star. 

"We are finding that supernovae explosions are more complicated than we previously thought, and that's half the fun, " said Shappee. 

Thanks to ASAS-SN, ATLAS, Pan-STARRS, and other surveys, we are now monitoring the sky every night, so astronomers will find even more new supernovae and catch them at the moment of explosion. As more of these events are found and studied, they will home in on the solution to the longstanding mystery of how these stellar explosions originate.