[VIDÉO] Des astronomes observent pour la première fois l’explosion d’une supergéante rouge 10 fois plus massive que notre Soleil

24 janvier 2022 Mis à jour: 24 janvier 2022
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Une étoile supergéante rouge mourante, 10 fois plus massive que notre Soleil, s’est désagrégée – et pour la toute première fois, des observatoires terrestres ont pu filmer l’explosion en une supernova de type II en temps réel.

Au cours de l’été 2020, des astronomes de l’observatoire Keck à Hawaï examinaient des phénomènes transitoires dans le cadre d’une étude intitulée Young Supernova Experiment (YSE) lorsqu’une lumière brillante émanant d’une supergéante rouge a attiré leur attention. Une enquête a révélé qu’il s’agissait là du dernier chapitre de la vie d’une étoile, il allait durer 130 jours et aboutir à sa disparition cataclysmique.

Le programme Pan‑STARRS fait partie d’une série d’observatoires astronomiques, il est doté de deux énormes télescopes pourvus de miroirs de 10 mètres de diamètre situés sur le volcan Haleakala de l’île de Maui (non loin d’une autre plateforme sur Maunakea, île d’Hawaï). C’est là que les chercheurs ont aperçu une « énorme quantité de lumière émanant de la supergéante rouge ». Quelques mois plus tard, à l’automne 2020, une supernova se produira sous leurs yeux.

Grâce à ce spectacle céleste observé en temps réel, l’observatoire a pu reconstituer l’implosion d’une étoile en faisant appel à un artiste numérique.

Après l’explosion, l’équipe a continué à surveiller la supernova, qui a été baptisée SN 2020tlf. À partir des données obtenues par le DEep Imaging and Multi‑Object Spectrograph (DEIMOS) et le Near Infrared Echellette Spectrograph (NIRES) de l’observatoire Keck, ils ont localisé l’ancienne supergéante rouge dans la galaxie NGC 5731, à quelque 120 millions années‑lumière de la Terre.

« Il s’agit d’une percée dans notre compréhension de ce que font les étoiles massives quelques instants avant leur mort », a déclaré Wynn Jacobson‑Galán, chercheur diplômé de la NSF à l’UC Berkeley qui a dirigé l’étude, publiée le 6 janvier 2022. « La détection directe de l’activité pré‑supernova dans une étoile supergéante rouge n’a jamais été observée auparavant dans une supernova ordinaire de type II. Pour la première fois, nous avons regardé une étoile supergéante rouge exploser ! »

Que sont les supernovas de type II ?

Les supernovas de type II (ou « supernovas à effondrement de cœur ») résultent de l’explosion des étoiles super massives en fin de vie – au moins 8 fois (mais pas plus de 40 à 50 fois) plus massives que notre Soleil. À force de se refroidir, le noyau interne de l’étoile n’a cessé de se densifier et de se transformer en fer ou en nickel. Tandis qu’il se contracte et devient toujours plus compact, il finit par se désagréger. L’implosion se produit à une vitesse stupéfiante allant jusqu’à 23 % de la vitesse de la lumière et des températures de 100 milliards de degrés Kelvin. L’énergie dégagée lors de ce phénomène impacte les couches extérieures en créant une onde de choc provoquant l’énorme boom appelé « supernova ».

Représentation artistique de l’étoile supergéante rouge en transition vers une supernova de type II. (Avec l’aimable autorisation de l’Observatoire WM Keck /Adam Makarenko)

Ce qui reste du noyau réduit en miettes prend alors la forme d’une étoile à neutrons extrêmement dense, voire d’un trou noir. Les gaz violemment éjectés vers la périphérie créent un « matériau circumstellaire épais entourant l’étoile » que le spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) de l’observatoire Keck a découvert peu après que Pan‑STARRS a repéré l’étoile en toute fin de vie.

La découverte facilitera le repérage d’autres supernovas

Ces toutes premières images offrent un aperçu inédit de l’évolution des supergéantes rouges en passe de collapser et ont permit de rompre avec les conceptions antérieures selon lesquelles elles restaient relativement calmes avant d’exploser. « Jusqu’à présent, nous n’avions jamais confirmé une activité aussi violente de la part d’une étoile supergéante rouge mourante au moment où on la voit produire une émission si lumineuse, se désagréger et se consumer », a déclaré l’auteure principale d’une étude sur la supernova, Raffaella Margutti, professeur associé d’astronomie à l’université de Berkeley.

À l’avenir, ce « flash puissant » repéré avant l’explosion pourrait ouvrir la voie à de futures études sur les phénomènes transitoires, telles qu’YSE, afin de rechercher des rayonnements lumineux émanant d’autres supergéantes rouges. « Je suis très excité par toutes les nouvelles ‘inconnues’ qui ont été dévoilées lors de cette découverte », a déclaré Jacobson‑Galan. « Détecter davantage d’événements comme SN 2020tlf aura un impact considérable sur la façon dont nous définissons les derniers mois de l’évolution stellaire, unissant les observateurs et les théoriciens dans la quête pour résoudre le mystère sur la façon dont les étoiles massives passent les derniers moments de leur vie. »


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