Une étoile récemment observée en train d’exploser dans la galaxie du Moulinet semble avoir perdu l’équivalent d’un soleil au cours de sa dernière année de vie. Cette découverte en révèle davantage sur la fin énigmatique des étoiles massives transformées en supernova.
Une opportunité à saisir
Dans la nuit du 19 mai 2023, l’astronome amateur japonais Kōichi Itagaki effectuait son balayage régulier des supernovas grâce à plusieurs télescopes basés dans trois observatoires disséminés à travers le pays lorsqu’il a repéré la lumière de SN 2023ixf dans la galaxie du Moulinet (Messier 101), à 20 millions d’années-lumière.
Cette lumière était probablement celle d’une supernova. Très vite, d’autres astronomes du monde entier ont commencé à observer le phénomène. La rapidité est en effet essentielle lorsqu’il s’agit d’observer de tels objets. Et pour cause, les astronomes aimeraient appréhender les toutes dernières étapes de la vie des étoiles. Malheureusement, trop souvent, les supernovas sont repérées trop tardivement.
Compte tenu de la proximité relative de SN 2023ixf et de la rapidité avec laquelle cet événement a été identifié, il s’agissait donc d’un candidat de choix pour une étude approfondie.
Supernova de type II
L’astronome Daichi Hiramatsu et son équipe du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics en ont ainsi profité pour mesurer le spectre lumineux de la supernova et l’évolution de cette lumière au cours des jours et des semaines qui ont suivi. Les résultats ont confirmé qu’il s’agissait d’une supernova de type II, une catégorie d’explosion de supernova impliquant une étoile ayant plus de huit fois la masse du soleil.
Plus concrètement, nous pourrions considérer une étoile massive évoluée avec différentes couches, comme un oignon. Chaque couche est constituée d’un élément différent produit par des combustions nucléaires. La couche la plus externe contient de l’hydrogène et la seconde de l’hélium. On retrouve ensuite successivement le carbone, l’oxygène, le néon et le magnésium jusqu’à atteindre le silicium dans le noyau.
Nous savons que le silicium est capable de subir des réactions de fusion nucléaire pour former du fer. C’est à ce moment précis que la situation dégénère. En effet, la fusion de cet élément nécessite plus d’énergie qu’il ne permet d’en libérer. Le noyau s’éteint alors, et l’étoile, qui n’a plus la force de contrecarrer les effets de la gravité, s’effondre sur elle-même avant de rebondir puis d’exploser vers l’extérieur. On obtient alors une supernova de type II.
Une onde tardive
Dans le cas de SN 2023ixf, des recherches dans des images d’archives ont suggéré que l’étoile pouvait avoir une masse comprise entre huit et dix fois celle de notre soleil. Son spectre était également très rouge, indiquant la présence de beaucoup de poussières à proximité (la poussière absorbe les longueurs d’onde les plus bleues). Tout cela paraissait assez typique. Cependant, la forme de la courbe de lumière laissait les astronomes perplexes.
En temps normal, une supernova de type II subit ce que les astronomes appellent une « éruption de choc » très tôt dans son évolution. Imaginez une onde de souffle se propageant vers l’extérieur depuis l’intérieur de l’étoile et traversant sa surface. Ici, il manquait une « bosse » dans la courbe de lumière provenant du flash habituel résultant de ce choc, et ce, pendant plusieurs jours suivant l’explosion de l’étoile. Comment l’expliquer ?
Pour les chercheurs, le déclenchement tardif de ce choc est une preuve directe de la présence d’un matériau dense provenant d’une récente perte de masse. Concrètement, les observations ont ici révélé une perte de matière dont la masse équivalait à celle du soleil. L’événement aurait eu lieu au cours de la dernière année précédant l’explosion.
La libération de cette masse a donc entraîné la formation d’un nuage poussiéreux tout autour de l’étoile condamnée. L’onde de choc de la supernova devait ainsi non seulement traverser l’étoile, mais aussi toute cette matière éjectée avant de devenir visible. Dans ce cas de figure, cela a pris plusieurs jours, ce qui explique pourquoi cette « éruption de choc » s’est manifestée tardivement.
Les détails de l’étude sont publiés dans The Astrophysical Journal Letters.
