Figure 1 :Une vue d'artiste montre comment un poisson-football néon imaginaire ronge les électrons à l'intérieur d'un noyau d'étoile. Crédit :Kavli IPMU
Une équipe internationale de chercheurs a découvert que le néon à l'intérieur d'une certaine étoile massive peut consommer les électrons du noyau, un processus appelé capture d'électrons, ce qui provoque l'effondrement de l'étoile en une étoile à neutrons et la production d'une supernova.
Les chercheurs s'intéressaient à l'étude du devenir final des étoiles dans une gamme de masses de huit à 10 masses solaires, ou huit à 10 fois la masse du soleil. Cette gamme de masse est importante car elle comprend la frontière entre si une étoile a une masse suffisamment grande pour subir une explosion de supernova pour former une étoile à neutrons, ou a une masse plus petite pour former une étoile naine blanche sans devenir une supernova.
Une étoile de huit à dix masses solaires forme généralement un noyau composé d'oxygène, magnésium et néon (figure 1). Le noyau est riche en électrons dégénérés, ce qui signifie qu'il y a une abondance d'électrons dans un espace dense avec une énergie suffisamment élevée pour soutenir le noyau contre la gravité. Une fois que la densité du noyau est suffisamment élevée, les électrons sont consommés par le magnésium puis le néon, qui se trouvent également à l'intérieur du noyau. Des études antérieures ont confirmé que le magnésium et le néon peuvent commencer à ronger les électrons une fois que la masse du noyau s'est rapprochée de la masse limite de Chandrasekhar, un processus appelé capture d'électrons, mais il y a eu un débat pour savoir si la capture d'électrons peut provoquer la formation d'étoiles à neutrons. Une équipe multi-institutionnelle de chercheurs a étudié l'évolution d'une étoile de masse solaire de 8,4 et y a effectué des simulations informatiques pour trouver une réponse.
Figure 2 :(a) Un noyau en étoile contient de l'oxygène, néon, et magnésium. Une fois que la densité du noyau devient suffisamment élevée, (b) le magnésium et le néon commencent à manger des électrons et à provoquer un effondrement. (c) Ensuite, la combustion de l'oxygène est allumée et produit des noyaux du groupe du fer et des protons libres, qui mangent de plus en plus d'électrons pour favoriser davantage l'effondrement du noyau. (d) Enfin, le noyau qui s'effondre devient une étoile à neutrons au centre, et la couche externe explose pour produire une supernova. Crédit :Zha et al
En utilisant les données récemment mises à jour par Suzuki pour les taux de capture d'électrons dépendant de la densité et de la température, ils ont simulé l'évolution du noyau de l'étoile, qui est soutenu par la pression des électrons dégénérés contre la propre gravité de l'étoile. Comme le magnésium et principalement le néon mangent les électrons, le nombre d'électrons a diminué et le noyau s'est rapidement rétréci (figure 2).
La capture d'électrons a également libéré de la chaleur. Lorsque la densité centrale du noyau dépassait 10 dix g/cm 3 , l'oxygène dans le cœur a commencé à brûler des matériaux dans la région centrale du cœur, en les transformant en noyaux du groupe du fer tels que le fer et le nickel. La température est devenue si élevée que les protons se sont libérés et se sont échappés. Ensuite, les électrons sont devenus plus faciles à capturer par les protons libres et les noyaux du groupe du fer, et la densité était si élevée que le noyau s'est effondré sans produire d'explosion thermonucléaire.
Avec les nouveaux taux de capture d'électrons, la combustion de l'oxygène s'est avérée légèrement décentrée. Néanmoins, l'effondrement a formé une étoile à neutrons et a provoqué une explosion de supernova, montrant qu'une supernova de capture d'électrons peut se produire.
Figure 3 :La nébuleuse du Crabe, un vestige de la supernova en 1054 (SN 1054 ; observé par d'anciens astronomes en Chine, Japon et arabe). Nomoto et al. (1982) ont suggéré que SN 1054 pourrait être causé par la supernova de capture d'électrons d'une étoile avec une masse initiale d'environ neuf fois celle du soleil. Crédit :NASA, ESA, J. DePasquale (STScI), et R. Hurt (Caltech/IAPC)
Une certaine gamme de masse d'étoiles avec huit à 10 masses solaires formerait des naines blanches composées d'oxygène-magnésium-néon par perte d'enveloppe due à la perte de masse du vent stellaire. Si la perte de masse du vent est faible, d'autre part, l'étoile subit la supernova de capture d'électrons, comme trouvé dans leur simulation.
L'équipe suggère que la supernova de capture d'électrons pourrait expliquer les propriétés de la supernova enregistrée en 1054 qui a formé la nébuleuse du Crabe, comme proposé par Nomoto et al. en 1982 (figure 3).
Ces résultats ont été publiés dans Le Journal d'Astrophysique le 15 novembre, 2019.
