Une étoile renégat explosant dans une galaxie lointaine a forcé les astronomes à mettre de côté des décennies de recherche et à se concentrer sur une nouvelle race de supernova qui peut complètement annihiler son étoile mère, ne laissant aucun vestige derrière. L'événement signature, quelque chose que les astronomes n'avaient jamais vu auparavant, peut représenter la manière dont les étoiles les plus massives de l'Univers, y compris les premières étoiles, mourir.

Le satellite Gaia de l'Agence spatiale européenne (ESA) a remarqué pour la première fois la supernova, connu sous le nom de SN 2016iet, le 14 novembre, 2016. Trois ans d'observations intensives de suivi avec une variété de télescopes, dont le télescope Gemini North et son spectrographe multi-objets sur Maunakea à Hawaiʻi, ont fourni des perspectives cruciales sur la distance et la composition de l'objet.

"Les données Gemini ont fourni un regard plus profond sur la supernova que n'importe laquelle de nos autres observations, " a déclaré Edo Berger du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics et membre de l'équipe d'enquête. " Cela nous a permis d'étudier SN 2016iet plus de 800 jours après sa découverte, lorsqu'il s'était atténué au centième de sa luminosité maximale."

Chris Davis, directeur de programme à la National Science Foundation (NSF), l'une des agences sponsors de Gemini, ajoutée, "Ces remarquables observations des Gémeaux démontrent l'importance d'étudier l'Univers en constante évolution. En cherchant dans le ciel des événements explosifs soudains, les observer rapidement et, tout aussi important, pouvoir les surveiller au fil des jours, semaines, mois, et parfois même des années sont essentielles pour obtenir une vue d'ensemble. En quelques années seulement, Le grand télescope d'enquête synoptique de la NSF découvrira des milliers de ces événements, et Gemini est bien placé pour faire le travail de suivi crucial."

Dans ce cas, ce regard profond n'a révélé qu'une faible émission d'hydrogène à l'emplacement de la supernova, preuve que l'étoile progénitrice de SN 2016iet vivait dans une région isolée avec très peu de formation d'étoiles. C'est un environnement inhabituel pour une étoile aussi massive. "Malgré la recherche pendant des décennies de milliers de supernovae, " reprit Berger, "celui-ci est différent de tout ce que nous avons jamais vu auparavant. Nous voyons parfois des supernovae inhabituelles à un égard, mais autrement sont normaux; celui-ci est unique de toutes les manières possibles."

SN 2016iet a une multitude de bizarreries, y compris sa durée incroyablement longue, grande énergie, empreintes chimiques inhabituelles, et un environnement pauvre en éléments plus lourds - pour lesquels aucun analogue évident n'existe dans la littérature astronomique.

« Quand nous avons réalisé pour la première fois à quel point SN 2016iet était inhabituel, ma réaction a été 'Whoa, est-ce que quelque chose s'est horriblement mal passé avec nos données ?'", a déclaré Sebastian Gomez, également du Centre d'Astrophysique et auteur principal de l'enquête. La recherche est publiée dans le numéro du 15 août de Le Journal d'Astrophysique .

La nature inhabituelle de SN 2016iet, comme révélé par Gemini et d'autres données, suggèrent qu'elle a commencé sa vie en tant qu'étoile avec environ 200 fois la masse de notre Soleil, ce qui en fait l'une des explosions d'étoiles les plus massives et les plus puissantes jamais observées. De plus en plus de preuves suggèrent que les premières étoiles nées dans l'Univers pourraient avoir été tout aussi massives. Les astronomes ont prédit que si de tels mastodontes conservent leur masse tout au long de leur brève vie (quelques millions d'années), ils mourront en supernovae à instabilité de paire, qui tire son nom des paires matière-antimatière formées lors de l'explosion.

La plupart des étoiles massives finissent leur vie dans un événement explosif qui projette de la matière riche en métaux lourds dans l'espace, tandis que leur noyau s'effondre en une étoile à neutrons ou un trou noir. Mais les supernovae à instabilité des paires sont d'une race différente. Le noyau qui s'effondre produit un abondant rayonnement gamma, conduisant à une production galopante de paires de particules et d'antiparticules qui déclenchent finalement une explosion thermonucléaire catastrophique qui annihile l'étoile entière, y compris le noyau.

Les modèles de supernovae à instabilité de paire prédisent qu'elles se produiront dans des environnements pauvres en métaux (terme d'astronome pour des éléments plus lourds que l'hydrogène et l'hélium), comme les galaxies naines et l'Univers primitif - et l'enquête de l'équipe a trouvé exactement cela. L'événement s'est produit à une distance d'un milliard d'années-lumière dans une galaxie naine auparavant non cataloguée et pauvre en métaux. "C'est la première supernova dans laquelle la masse et la teneur en métal de l'étoile qui explose sont dans la gamme prédite par les modèles théoriques, ", a déclaré Gomez.

Une autre caractéristique surprenante est l'emplacement austère de SN 2016iet. La plupart des étoiles massives naissent dans des amas denses d'étoiles, mais SN 2016iet formé isolément quelque 54, 000 années-lumière du centre de sa galaxie hôte naine.

"Comment une étoile aussi massive peut-elle se former dans un isolement complet est encore un mystère, " dit Gomez. " Dans notre voisinage cosmique local, nous ne connaissons que quelques étoiles qui se rapprochent de la masse de l'étoile qui a explosé dans SN 2016iet, mais tous ceux-ci vivent dans des amas massifs avec des milliers d'autres étoiles." Pour expliquer la longue durée de l'événement et la lente évolution de la luminosité, l'équipe avance l'idée que l'étoile progénitrice a éjecté de la matière dans son environnement environnant à un taux d'environ trois fois la masse du Soleil par an pendant une décennie avant que l'étoile ne tombe dans l'oubli. Quand l'étoile a finalement explosé, les débris de supernova sont entrés en collision avec ce matériau alimentant l'émission de SN 2016iet.

"La plupart des supernovae disparaissent et deviennent invisibles face à l'éblouissement de leurs galaxies hôtes en quelques mois. Mais parce que SN 2016iet est si brillant et si isolé, nous pouvons étudier son évolution pour les années à venir, " a déclaré Gomez. " L'idée de supernovae à instabilité de paire existe depuis des décennies, " dit Berger. " Mais enfin avoir le premier exemple d'observation qui met une étoile mourante dans le bon régime de masse, avec le bon comportement, et dans une galaxie naine pauvre en métal, c'est un pas en avant incroyable."

Il n'y a pas longtemps, on ne savait pas si de telles étoiles supermassives pouvaient réellement exister. La découverte et les observations de suivi de SN 2016iet ont fourni des preuves claires de leur existence et de leur potentiel d'affecter le développement de l'Univers primitif. "Le rôle des Gémeaux dans cette découverte étonnante est important, " dit Gomez, "car cela nous aide à mieux comprendre comment l'Univers primitif s'est développé après ses" âges sombres "-lorsqu'aucune formation d'étoiles n'a eu lieu-pour former la splendeur de l'Univers que nous voyons aujourd'hui."