Les scientifiques ont trouvé des fragments de titane provenant d'une célèbre supernova. Cette découverte, réalisé avec l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, pourrait être une étape majeure pour déterminer exactement comment certaines étoiles géantes explosent.

Ce travail est basé sur les observations de Chandra des restes d'une supernova appelée Cassiopée A (Cas A), situé dans notre galaxie vers 11, 000 années-lumière de la Terre. C'est l'un des plus jeunes restes de supernova connus, avec un âge d'environ 350 ans.

Pendant des années, Les scientifiques ont eu du mal à comprendre comment les étoiles massives, celles dont la masse est environ 10 fois supérieure à celle du Soleil, explosent lorsqu'elles manquent de carburant. Ce résultat fournit un nouvel indice inestimable.

"Les scientifiques pensent que la plupart du titane qui est utilisé dans notre vie quotidienne, comme dans l'électronique ou les bijoux, est produit lors de l'explosion d'une étoile massive, " a déclaré Toshiki Sato de l'Université Rikkyo au Japon, qui a dirigé l'étude publiée dans la revue La nature . "Toutefois, jusqu'à présent, les scientifiques n'ont jamais été en mesure de capturer le moment juste après la fabrication d'un titane stable."

Lorsque la source d'énergie nucléaire d'une étoile massive s'épuise, le centre s'effondre sous l'effet de la gravité et forme soit un noyau stellaire dense appelé étoile à neutrons, soit, moins souvent, un trou noir. Lorsqu'une étoile à neutrons est créée, l'intérieur de l'étoile massive qui s'effondre rebondit sur la surface du noyau stellaire, inverser l'implosion.

La chaleur de cet événement cataclysmique produit une onde de choc, semblable à un bang sonique d'un jet supersonique, qui traverse le reste de l'étoile condamnée, produire de nouveaux éléments par des réactions nucléaires au fur et à mesure. Cependant, dans de nombreux modèles informatiques de ce processus, l'énergie est rapidement perdue et le voyage de l'onde de choc vers l'extérieur s'arrête, empêcher l'explosion de la supernova.

De récentes simulations informatiques en trois dimensions suggèrent que les neutrinos (particules subatomiques de très faible masse) produits lors de la création de l'étoile à neutrons jouent un rôle crucial dans l'entraînement des bulles qui s'éloignent rapidement de l'étoile à neutrons. Ces bulles continuent de faire avancer l'onde de choc pour déclencher l'explosion de la supernova.

Avec la nouvelle étude de Cas A, l'équipe a découvert des preuves puissantes d'une telle explosion provoquée par les neutrinos. Dans les données de Chandra, ils ont découvert que les structures en forme de doigt pointant loin du site de l'explosion contiennent du titane et du chrome, coïncidant avec des débris de fer précédemment détectés avec Chandra. Les conditions requises pour la création de ces éléments dans les réactions nucléaires, comme la température et la densité, correspondent à ceux des bulles dans les simulations qui conduisent les explosions.

Le titane qui a été trouvé par Chandra dans Cas A et qui est prédit par ces simulations est un isotope stable de l'élément, ce qui signifie que le nombre de neutrons que contiennent ses atomes implique qu'il ne se transforme pas par radioactivité en un autre, élément plus léger. Auparavant, les astronomes avaient utilisé le télescope NuSTAR de la NASA pour découvrir un isotope instable du titane à différents endroits de Cas A. Tous les 60 ans, environ la moitié de cet isotope du titane se transforme en scandium puis en calcium.

"Nous n'avons jamais vu cette signature de bulles de titane dans un reste de supernova auparavant, un résultat qui n'était possible qu'avec les images incroyablement nettes de Chandra, ", a déclaré le co-auteur Keiichi Maeda de l'Université de Kyoto au Japon. "Notre résultat est une étape importante dans la résolution du problème de la façon dont ces étoiles explosent en supernovae."

"Quand la supernova s'est produite, des fragments de titane ont été produits au plus profond de l'étoile massive. Les fragments ont pénétré la surface de l'étoile massive, formant le bord du reste de supernova Cas A, " a déclaré le co-auteur Shigehiro Nagataki du groupe RIKEN pour la recherche pionnière au Japon.

Ces résultats soutiennent fortement l'idée d'une explosion provoquée par les neutrinos pour expliquer au moins certaines supernovae.

"Notre recherche pourrait être le résultat d'observation le plus important pour sonder le rôle des neutrinos dans l'explosion d'étoiles massives depuis la détection des neutrinos de Supernova 1987A, " a déclaré le co-auteur Takashi Yoshida de l'Université de Kyoto au Japon.

Les astronomes ont utilisé plus d'un million et demi de secondes, ou plus de 18 jours, du temps d'observation de Chandra depuis Cas A pris entre 2000 et 2018. La quantité de titane stable produite dans Cas A dépasse la masse totale de la Terre.

Ces résultats ont été publiés le 22 avril numéro 2021 de La nature . En plus de Sato, Maeda, Nagataki et Yoshida, les auteurs de l'article sont Brian Grefenstette (California Institute of Technology à Pasadena, Californie), Brian J. Williams (NASA Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland), Hideyuki Umeda (Université de Tokyo au Japon), Masaomi Ono (RIKEN Cluster for Pioneering Research in Japan), et Jack Hughes (Université Rutgers à Piscataway, New Jersey).

Le Marshall Space Flight Center de la NASA gère le programme Chandra. Le Chandra X-ray Center du Smithsonian Astrophysical Observatory contrôle la science depuis Cambridge Massachusetts et les opérations aériennes depuis Burlington, Massachusetts.