Quand une étoile massive atteint la fin de sa vie, il peut exploser en supernova. Mais il existe un type unique de supernova beaucoup plus brillant que nous commençons tout juste à comprendre et qui peut s'avérer utile pour mesurer l'univers.

Connues sous le nom de supernovae superlumineuses, ces événements sont généralement 10 à 100 fois plus brillants qu'une supernova ordinaire, mais beaucoup plus rares. Nous en avons repéré une centaine jusqu'à présent, mais de nombreux aspects de ces événements restent insaisissables.

Pourquoi sont-elles tellement plus lumineuses que les supernovae ordinaires, par exemple, et quelles étoiles les causent ? Les astronomes espèrent répondre à ces questions et à d'autres dans les années à venir, avec diverses études en cours pour comprendre ces événements comme jamais auparavant.

Formation

Dr Ragnhild Lunnan de l'Université de Stockholm, Suède, est l'un des co-investigateurs du projet SUPERS, qui tente de déterminer quelles étoiles conduisent à la formation de supernovae superlumineuses. Avec des dizaines trouvées déjà, l'équipe construit la plus grande collection de ces événements dans le but d'en apprendre davantage à leur sujet.

"En suivant l'évolution de ces supernovae dans une phase très tardive, vous pouvez décoder leur (structure), " dit-elle. " Cela vous dit des choses sur l'étoile qui a explosé, et peut-être comment il a explosé."

Pour trouver ces explosions, Le Dr Lunnan et son équipe utilisent une caméra appelée Zwicky Transient Facility (ZTF), partie de l'observatoire Palomar en Californie, NOUS, pour arpenter le ciel. Une seule supernova est attendue par galaxie par siècle, avec un seul sur 1, 000 voire un sur 10, 000 de ceux étant superlumineux. Mais en regardant de nombreuses galaxies simultanément avec le ZTF, il est possible de repérer ces événements.

Les supernovae superlumineuses se trouvent plus souvent dans les galaxies en formation d'étoiles que dans les galaxies plus anciennes, ce qui signifie qu'il s'agit probablement d'explosions de jeunes étoiles, note le Dr Lunan.

"En outre, vous les trouvez très souvent dans des galaxies qui sont en quelque sorte chimiquement primitives, appelé basse métallicité, et nous pensons que c'est aussi un indice, " a-t-elle dit. "Nous pensons qu'ils sont associés à des étoiles très massives et pauvres en métal. Mais au-delà, nous ne savons vraiment pas."

En 2018, Le Dr Lunnan et son équipe ont découvert une supernova superlumineuse entourée d'une coquille de matériau géante, qu'il a dû éjecter dans les dernières années de sa courte vie. "Cette découverte (de la coquille) est un autre indice que les étoiles doivent être très massives, " a déclaré le Dr Lunan.

Devenir supernova

Le processus exact qui provoque une supernova superlumineuse est une autre question. Typiquement, les étoiles peuvent devenir supernova soit en s'effondrant indépendamment, ou partager du matériel avec une petite étoile dense connue sous le nom de naine blanche avant qu'une explosion n'ait lieu, connue sous le nom de supernova de type 1a. Mais que se passe-t-il dans un événement superlumineux ?

Dr Avishay Gal-Yam du Weizmann Institute of Science en Israël, coordinateur de projet sur le projet Fireworks, a essayé de répondre à cette question. Le projet a utilisé des observations du ciel nocturne à partir de caméras comme la ZTF qui ont une cadence rapide, ce qui signifie qu'ils montrent un événement peu de temps après qu'il s'est produit, pour étudier les explosions cosmiques.

Auparavant, nous ne voyions les supernovae qu'environ deux semaines après leur apparition, mais les observations constantes du ciel de ZTF nous permettent de les voir en un ou deux jours environ. Et c'est particulièrement utile pour les supernovae superlumineuses. Une supernova ordinaire peut s'éclaircir et s'estomper sur une période de plusieurs semaines, mais une supernovae superlumineuse peut durer plusieurs fois plus longtemps, tout en atteignant sa luminosité maximale plus lentement.

"Ils évoluent relativement lentement, " il a dit. " Le temps pour l'explosion d'atteindre son apogée pourrait être de quelques mois, parfois même plus longtemps. Les études de ces objets ne sont donc pas focalisées sur des observations rapides, mais plutôt une campagne de suivi continue qui prend des mois et parfois des années."

Jusqu'à présent, le Dr Gal-Yam et son équipe ont publié plusieurs études, examiner certaines des théories sur la façon dont ces événements se produisent. Une idée est qu'une supernova régulière laisse derrière elle une étoile à neutrons en rotation rapide et hautement magnétisée, appelé magnétar, qui agit comme un aimant géant et pompe de l'énergie dans l'explosion de la supernova.

Mais la théorie préférée du Dr Gal-Yam est la même que celle préconisée par le Dr Lunnan, à savoir que l'effondrement d'étoiles massives en est la cause. "Qu'est-ce qui peut générer autant d'énergie qui peut alimenter une telle émission lumineuse, à la fois en termes de quantité d'énergie et de très longue durée d'émission ?", a-t-il déclaré. "La plus intrigante (théorie) est l'explosion d'une étoile très massive 100 fois plus massive que le soleil."

Distance

Alors que de nombreuses questions sur les supernovae superlumineuses restent sans réponse, ils s'avèrent déjà utiles comme marqueurs de distance dans l'univers. Appelées 'bougies standard, « Des événements brillants comme les supernovae peuvent nous dire à quelle distance se trouve une galaxie particulière, car nous savons à quel point ils devraient être brillants.

"L'idée ici est une bougie standard, un objet de luminosité connue, " a déclaré le Dr Mark Sullivan, coordinateur du projet SPCND qui a examiné comment des événements explosifs comme celui-ci pourraient être utiles pour les études cosmologiques. "Si vous pouvez le trouver dans le ciel et mesurer à quel point il nous semble brillant sur Terre, vous pouvez dire à quelle distance il est.

La luminosité des supernovae superlumineuses les rend particulièrement utiles. En utilisant le Dark Energy Survey (DES), un relevé du ciel nocturne à l'aide de l'observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili, Le Dr Sullivan et son équipe ont découvert plus de 20 supernovae superlumineuses dans des galaxies jusqu'à huit milliards d'années-lumière de la Terre, nous donnant une nouvelle échelle de distance cosmique. "Nous avons un nouvel ensemble de données de ces objets dans l'univers lointain, " dit Sullivan.

Avec une taille d'échantillon croissante de ces événements, les astronomes espèrent désormais répondre une fois pour toutes à leurs causes. Les prochains télescopes comme l'observatoire Vera C. Rubin au Chili pourraient s'avérer vitaux, effectuer de nouveaux relevés rapides du ciel nocturne, et trouver plus de ces objets que jamais auparavant.

"Nous sommes vraiment dans cette époque où nous trouvons tellement d'objets, même des choses rares, " a déclaré le Dr Lunnan. " C'est très amusant. "