Une équipe internationale d'astronomes annonce aujourd'hui avoir identifié l'étoile compagnon probable survivant à une explosion de supernova titanesque observée en 1572 par le grand astronome danois Tycho Brahe et d'autres astronomes de cette époque.
Cette découverte fournit la première preuve directe soutenant la croyance de longue date que les supernovae de type Ia proviennent de systèmes d'étoiles binaires contenant une étoile normale et une étoile naine blanche brûlée. L'étoile normale renverse du matériel sur le nain, ce qui déclenche finalement une explosion.
Les résultats de cette recherche, dirigée par Pilar Ruiz-Lapuente de l'Université de Barcelone, en Espagne, sont publiés dans la revue scientifique britannique Nature le 28 octobre. «Il n'y avait aucune preuve antérieure indiquant un type spécifique d'étoile compagnon parmi les nombreuses qui avaient été proposées. Ici, nous avons identifié un chemin clair: l'étoile qui se nourrit est similaire à notre Soleil, légèrement plus âgée », explique Ruiz-Lapuente. "La vitesse élevée de l'étoile a attiré notre attention sur elle", a-t-elle ajouté.
Les supernovae de type Ia sont utilisées pour mesurer l'histoire du taux d'expansion de l'univers et sont donc fondamentales pour aider les astronomes à comprendre le comportement de l'énergie sombre, une force inconnue qui accélère l'expansion de l'univers. Trouver des preuves pour confirmer la théorie de l'explosion des supernovae de type Ia est essentiel pour assurer aux astronomes que les objets peuvent être mieux compris en tant que calibrateurs fiables de l'expansion de l'espace.
L'identification du membre survivant du duo stellaire se lit comme un conte d'enquête sur une scène de crime. Même si les astronomes d'aujourd'hui sont arrivés sur les lieux de la catastrophe 432 ans plus tard, en utilisant la médecine légale astronomique, ils ont attrapé l'un des auteurs se précipitant loin de l'endroit de l'explosion (qui est maintenant enveloppé dans une vaste bulle de gaz chaud appelée Supernova Remnant de Tycho) . Au cours des sept dernières années, l'étoile en fuite et ses environs ont été étudiés avec une variété de télescopes. Le télescope spatial Hubble a joué un rôle clé en mesurant précisément le mouvement de l’étoile sur le fond du ciel. L'étoile brise la limite de vitesse pour cette région particulière de la galaxie de la Voie lactée en se déplaçant trois fois plus vite que les étoiles environnantes. Comme une pierre lancée par une fronde, l’étoile s’élança dans l’espace, conservant la vitesse de son mouvement orbital lorsque le système fut perturbé par l’explosion de la naine blanche.
Cela seul n'est qu'une preuve circonstancielle que la star est l'auteur du crime parce qu'il existe des explications alternatives à son comportement suspect. Il pourrait tomber à grande vitesse du halo galactique qui entoure le disque de la Voie lactée. Mais les spectres obtenus avec le télescope William Herschel de 4,2 mètres à La Palma et le 10 mètres W.M. Les télescopes Keck à Hawaï montrent que le suspect a le contenu élevé en éléments lourds typique des étoiles qui habitent le disque de la Voie lactée, pas le halo.
L'étoile trouvée par l'équipe de Ruiz-Lapuente est une version vieillissante de notre Soleil. L'étoile a commencé à s'étendre en diamètre à mesure qu'elle progresse vers une phase géante rouge (stade final de la vie d'une étoile semblable au soleil). L'étoile se révèle correspondre au profil de l'agresseur dans l'une des conjectures de supernova proposées. Dans les systèmes binaires de supernova de type Ia, l'étoile la plus massive de la paire vieillira plus rapidement et deviendra éventuellement une étoile naine blanche. Lorsque l'étoile compagnon à évolution plus lente vieillit par la suite au point où elle commence à gonfler, elle répand de l'hydrogène sur le nain. L'hydrogène s'accumule jusqu'à ce que la naine blanche atteigne un seuil de masse critique et précis, appelé limite Chandrasekhar, où elle explose comme une bombe nucléaire titanesque. La production d'énergie de cette explosion est si bien connue qu'elle peut être utilisée comme bougie standard pour mesurer de vastes distances astronomiques. (Une «bougie standard» astronomique est tout type d'objet lumineux dont la puissance intrinsèque est si précisément déterminée qu'elle peut être utilisée pour effectuer des mesures de distance en fonction de la vitesse à laquelle la lumière diminue sur des distances astronomiques).
«Parmi les divers systèmes contenant des naines blanches qui reçoivent du matériel d'un compagnon de la masse solaire, certains sont considérés comme des progéniteurs viables des supernovae de type Ia, pour des raisons théoriques. Un système appelé U Scorpii a une naine blanche et une étoile similaire à celle trouvée ici. Ces résultats confirmeraient que de tels binaires finiront par une explosion comme celle observée par Tycho Brahe, mais cela se produira dans plusieurs centaines de milliers d'années à partir de maintenant », explique Ruiz-Lapuente.
Une autre théorie des supernovae de type Ia est que deux naines blanches orbitent l'une autour de l'autre, perdant progressivement de l'énergie par émission de rayonnement gravitationnel (ondes de gravité). Alors qu'ils perdent de l'énergie, ils s'enroulent les uns vers les autres et finissent par fusionner, résultant en un nain blanc dont la masse atteint la limite de Chandrasekhar et explose. "La supernova de Tycho ne semble pas avoir été produite par ce mécanisme, car un compagnon survivant probable a été trouvé", explique Alex Filippenko de l'Université de Californie à Berkeley, co-auteur de cette recherche. Il dit que, néanmoins, il est toujours possible qu'il existe deux voies d'évolution différentes vers les supernovae de type Ia.
Le 11 novembre 1572, Tycho Brahe a remarqué une étoile dans la constellation de Cassiopée qui était aussi brillante que la planète Jupiter (qui était dans le ciel nocturne en Poissons). Aucune étoile de ce genre n'avait jamais été observée à cet endroit auparavant. Il a bientôt égalé Vénus en luminosité (qui était à une magnitude de -4,5 dans le ciel avant l'aube). Pendant environ deux semaines, l'étoile a pu être vue à la lumière du jour. À la fin de novembre, il a commencé à s'estomper et à changer de couleur, du blanc brillant au jaune et à l'orange en une lumière rougeâtre pâle, pour finalement disparaître de la visibilité en mars 1574, après avoir été visible à l'œil nu pendant environ 16 mois. L'enregistrement minutieux de Tycho de l'éclaircissement et de la gradation de la supernova permet désormais aux astronomes d'identifier sa «signature lumineuse» comme celle d'une supernova de type Ia.
La supernova de Tycho Brahe était très importante car elle a aidé les astronomes du XVIe siècle à abandonner l'idée de l'immuabilité des cieux. À l'heure actuelle, les supernovae de type Ia restent des acteurs clés dans les dernières découvertes cosmologiques. Pour en savoir plus sur eux et leur mécanisme d'explosion, et les rendre encore plus utiles en tant que sondes cosmologiques, un projet actuel de télescope spatial Hubble dirigé par Filippenko étudie un échantillon de supernovae dans d'autres galaxies au moment même où elles explosent.
Source d'origine: Communiqué de presse Hubble
