Une image composite rayons X/infrarouge de G299, un reste de supernova de type Ia dans la Voie lactée environ 16, à 000 années-lumière. Crédit :NASA/Chandra X-ray Observatory/University of Texas/2MASS/University of Massachusetts/Caltech/NSF
De nombreuses étoiles explosent en supernovae lumineuse lorsque, gonflé par l'âge, ils manquent de combustible pour la fusion nucléaire. Mais certaines étoiles peuvent devenir supernova simplement parce qu'elles ont une étoile compagne proche et embêtante qui, un jour, perturbe tellement son partenaire qu'il explose.
Ces derniers événements peuvent se produire dans les systèmes d'étoiles binaires, où deux étoiles tentent de partager la domination. Alors que l'étoile qui explose dégage de nombreuses preuves de son identité, les astronomes doivent s'engager dans un travail de détective pour en savoir plus sur le compagnon errant qui a déclenché l'explosion.
Le 10 janvier, lors de la réunion 2019 de l'American Astronomical Society à Seattle, une équipe internationale d'astronomes a annoncé avoir identifié le type d'étoile compagne qui a fait son partenaire dans un système binaire, une étoile naine blanche à carbone-oxygène, exploser. Grâce à des observations répétées de SN 2015cp, une supernova à 545 millions d'années-lumière, l'équipe a détecté des débris riches en hydrogène que l'étoile compagnon avait jetés avant l'explosion.
"La présence de débris signifie que le compagnon était soit une étoile géante rouge ou une étoile similaire qui, avant de faire de son compagnon une supernova, avait perdu de grandes quantités de matière, " a déclaré l'astronome de l'Université de Washington Melissa Graham, qui a présenté la découverte et est l'auteur principal de l'article d'accompagnement accepté pour publication dans The Journal d'astrophysique .
Le matériau de la supernova s'est écrasé dans cette litière stellaire à 10 pour cent de la vitesse de la lumière, le faisant briller de lumière ultraviolette détectée par le télescope spatial Hubble et d'autres observatoires près de deux ans après l'explosion initiale. En recherchant des preuves d'impacts de débris des mois ou des années après une supernova dans un système d'étoiles binaires, l'équipe pense que les astronomes pourraient déterminer si le compagnon était une géante rouge en désordre ou une étoile relativement propre et bien rangée.
L'équipe a fait cette découverte dans le cadre d'une étude plus large d'un type particulier de supernova connue sous le nom de supernova de type Ia. Ceux-ci se produisent lorsqu'une étoile naine blanche à carbone-oxygène explose soudainement en raison de l'activité d'un compagnon binaire. Les naines blanches carbone-oxygène sont petites, dense et, pour les étoiles, assez stable. Ils se forment à partir des noyaux effondrés d'étoiles plus grandes et, s'il n'est pas dérangé, peut persister pendant des milliards d'années.
Une image de SN 1994D (en bas à gauche), une supernova de type Ia détectée en 1994 au bord de la galaxie NGC 4526 (au centre). Crédit :NASA/ESA/The Hubble Key Project Team/The High-Z Supernova Search Team
Les supernovae de type Ia ont été utilisées pour des études cosmologiques car leur luminosité constante en fait des « phares cosmiques, " selon Graham. Ils ont été utilisés pour estimer le taux d'expansion de l'univers et ont servi de preuve indirecte de l'existence de l'énergie noire.
Pourtant, les scientifiques ne savent pas quels types d'étoiles compagnes pourraient déclencher un événement de type Ia. De nombreuses preuves indiquent que, pour la plupart des supernovae de type Ia, le compagnon était probablement une autre naine blanche à oxygène carboné, qui ne laisserait aucun débris riche en hydrogène par la suite. Pourtant, des modèles théoriques ont montré que des étoiles comme les géantes rouges pouvaient également déclencher une supernova de type Ia, ce qui pourrait laisser des débris riches en hydrogène qui seraient touchés par l'explosion. Sur les milliers de supernovae de type Ia étudiées à ce jour, seule une petite fraction a ensuite été observée impactant la matière riche en hydrogène libérée par une étoile compagne. Des observations antérieures d'au moins deux supernovae de type Ia ont détecté des débris incandescents des mois après l'explosion. Mais les scientifiques ne savaient pas si ces événements étaient des événements isolés, ou des signes que les supernovae de type Ia pourraient avoir de nombreux types différents d'étoiles compagnes.
"Toute la science à ce jour qui a été faite en utilisant des supernovae de type Ia, y compris la recherche sur l'énergie noire et l'expansion de l'univers, repose sur l'hypothèse que nous savons assez bien ce que sont ces "phares cosmiques" et comment ils fonctionnent, " a déclaré Graham. " Il est très important de comprendre comment ces événements sont déclenchés, et si seul un sous-ensemble d'événements de type Ia devrait être utilisé pour certaines études de cosmologie. »
L'équipe a utilisé les observations du télescope spatial Hubble pour rechercher les émissions ultraviolettes de 70 supernovae de type Ia environ un à trois ans après l'explosion initiale.
"En regardant des années après l'événement initial, nous recherchions des signes de matériel choqué contenant de l'hydrogène, ce qui indiquerait que la compagne était autre chose qu'une autre naine blanche carbone-oxygène, " dit Graham.
Dans le cas de SN 2015cp, une supernova détectée pour la première fois en 2015, les scientifiques ont trouvé ce qu'ils cherchaient. En 2017, 686 jours après l'explosion de la supernova, Hubble a capté une lueur ultraviolette de débris. Ces débris étaient loin de la source de la supernova - au moins 100 milliards de kilomètres, ou 62 milliards de milles, une façon. Pour référence, L'orbite de Pluton l'éloigne au maximum de 7,4 milliards de kilomètres de notre soleil.
En 2017, 686 jours après l'explosion initiale, le télescope spatial Hubble a enregistré une émission ultraviolette (cercle bleu) de SN 2015cp, qui a été causée par un matériau de supernova impactant un matériau riche en hydrogène précédemment rejeté par une étoile compagnon. Les cercles jaunes indiquent les impacts de rayons cosmiques, qui ne sont pas liés à la supernova. Crédit :NASA/télescope spatial Hubble/Graham et al. 2019
En comparant SN 2015cp aux autres supernovae de type Ia dans leur enquête, les chercheurs estiment que pas plus de 6 pour cent des supernovae de type Ia ont un tel compagnon de punaise. Répété, des observations détaillées d'autres événements de type Ia aideraient à consolider ces estimations, dit Graham.
Le télescope spatial Hubble était essentiel pour détecter la signature ultraviolette des débris de l'étoile compagnon pour SN 2015cp. À l'automne 2017, les chercheurs ont organisé des observations supplémentaires de SN 2015cp par le W.M. Observatoire Keck à Hawaï, le Karl G. Jansky Very Large Array au Nouveau-Mexique, le Very Large Telescope de l'European Southern Observatory et l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA, entre autres. Ces données se sont avérées cruciales pour confirmer la présence d'hydrogène et sont présentées dans un document d'accompagnement dirigé par Chelsea Harris, chercheur associé à la Michigan State University.
"La découverte et le suivi de l'émission de SN 2015cp montre vraiment à quel point il faut de nombreux astronomes, et une grande variété de types de télescopes, travailler ensemble pour comprendre les phénomènes cosmiques transitoires, " a déclaré Graham. " C'est aussi un exemple parfait du rôle de la sérendipité dans les études astronomiques :si Hubble avait regardé SN 2015cp juste un mois ou deux plus tard, nous n'aurions rien vu."
Graham est également chercheur principal au DIRAC Institute de l'UW et analyste scientifique au Large Synoptic Survey Telescope, ou LSST.
"À l'avenir, dans le cadre de ses observations régulières, le LSST détectera automatiquement les émissions optiques similaires à celles du SN 2015cp, provenant de l'hydrogène impacté par les matériaux des supernovae de type Ia, " a dit Graham. "Ça va rendre mon travail tellement plus facile!"
