Une supernova est la fin brillante d'une étoile géante. Pour un bref instant de temps cosmique, une étoile fait un dernier effort pour continuer à briller, seulement pour s'effacer et s'effondrer sur lui-même. Le résultat final est soit une étoile à neutrons, soit un trou noir de masse stellaire. Nous avons généralement pensé que toutes les étoiles au-dessus d'environ 10 masses solaires finiraient en supernova, mais une nouvelle étude suggère que ce n'est pas le cas.

Contrairement aux fameuses supernovae de type Ia, qui peut être causée par la fusion ou l'interaction de deux étoiles, les grandes étoiles subissent ce qu'on appelle une supernova d'effondrement du cœur. Les étoiles survivent grâce à un équilibre de chaleur et de pression contre la gravité. Comme plus d'éléments sont fusionnés, une grande étoile doit générer de la chaleur en fusionnant des éléments toujours plus lourds. Finalement, cela forme une couche de régions où différents éléments sont fusionnés. Mais cette chaîne ne peut être portée que jusqu'au fer. Après ça, la fusion d'éléments plus lourds vous coûte de l'énergie au lieu de la libérer. Donc, le noyau s'effondre, créant une onde de choc qui déchire l'étoile.

Dans les modèles de grandes étoiles mourantes, les supernovae d'effondrement du cœur se produisent pour les étoiles au-dessus de neuf à 10 masses solaires, jusqu'à environ 40 à 50 masses solaires. Au-dessus de cette masse, les étoiles sont si massives qu'elles s'effondrent probablement directement dans un trou noir, sans devenir une supernova. Des étoiles extrêmement massives, de l'ordre de 150 masses solaires ou plus, pourrait exploser en hypernova. Ces bêtes n'explosent pas à cause d'un effondrement du noyau, mais plutôt un effet connu sous le nom d'instabilité de paire, où la collision de photons créés dans le noyau crée des paires d'électrons et de positons.

Cette nouvelle étude suggère que la limite de masse supérieure pour les supernovae à effondrement de cœur pourrait être beaucoup plus basse que nous le pensions. L'équipe a examiné les abondances élémentaires d'une paire de galaxies en collision connues sous le nom d'Arp 299. Étant donné que les galaxies sont en train de se heurter, la région est un foyer de supernovae. Par conséquent, les abondances élémentaires d'Arp 299 devraient dépendre en grande partie des éléments rejetés dans les explosions de supernova. Ils ont mesuré le rapport d'abondance du fer à l'oxygène, et les rapports du néon et du magnésium à l'oxygène. Ils ont constaté que les rapports Ne/O et Mg/O étaient similaires à celui du soleil, tandis que le rapport Fe/O était bien inférieur aux niveaux solaires. Le fer est projeté dans l'univers le plus efficacement par les grandes supernovae.

Les ratios observés par l'équipe ne correspondaient pas aux modèles standard d'effondrement du cœur, mais ils ont constaté que les données correspondaient bien aux modèles de supernova si vous excluiez toute supernova sur environ 23 à 27 masses solaires. En d'autres termes, si les étoiles s'effondrent dans des trous noirs au-dessus d'environ 27 masses solaires, alors les modèles et les observations concordent.

Ce travail ne prouve pas de manière concluante que la limite de masse supérieure des supernovae est plus petite que ce que nous pensions. Il est également possible que les supernovae produisent des niveaux de néon et de magnésium plus élevés que ne le prévoient les modèles. Dans les deux cas, il est clair que nous avons encore beaucoup à apprendre sur les derniers halètements mourants des grandes étoiles.