L’un des derniers articles de The Conversation est consacré à l’explosion de SN2021yfj, repérée à quelque 2,2 milliards d’années-lumière de la Terre, dans les données du Zwicky Transient Facility (ZTF), un télescope robotique à l’observatoire Palomar utilisé par le célèbre Caltech en Californie du Sud. Comme son nom l’indique, il s’agissait d’une supernova survenue en 2021.
Ce que son nom ne laisse pas deviner, c’est qu’elle a servi à définir un nouveau type de supernova, le type Ien.
C’est une illustration de plus que le zoo des types de supernovae s’est étoffé au cours du quasi-siècle qui a suivi les travaux menés à ce sujet au cours des années 1930 par les astrophysiciens Fritz Zwicky et Walter Baade. Ils avaient introduit la distinction entre novae et supernovae (et sont à l’origine de cette appellation) et fait le lien avec le concept d’étoiles à neutrons en ce qui concerne les supernovae.
Un peu plus tard, en 1941, c’est l’astronome germano-américain Rudolph Minkowski – neveu de Hermann Minkowski, le célèbre mathématicien professeur d’Einstein à Zurich et à l’origine du concept d’espace-temps – qui va introduire avec Walter Baade les deux principales catégories de supernovae (type I et type II) selon leurs caractéristiques spectrales. Zwicky et d’autres chercheurs en introduiront d’autres ensuite.
Les États-Unis ont eu Carl Sagan, les Britanniques Stephen Hawking et les Français, le Canadien d’origine Hubert Reeves qui était né le 13 juillet 1932 dans « La Belle Province », une périphrase utilisée pour désigner le Québec. Figure de proue de la vulgarisation de l’astrophysique pour les Français, préoccupé avant l’heure par l’impact d’Homo sapiens sur son environnement, il nous a quittés le 13 octobre 2023. Mais dans un ouvrage biographique récemment publié, l’autrice Laurence Honnorat, photographe, conférencière et conseil en conception et pilotage d’événements scientifiques rend un vibrant hommage au polymathe qu’était Hubert Reeves, qui n’est pas sans rappeler ceux de la Renaissance à Florence du temps de Léonard de Vinci, Jean Pic de la Mirandole et Marsile Ficin…. Lire la suite
Un peu plus tard encore, l’astrophysicienne états-unienne d’origine britannique Margaret Burbidge, en compagnie de son mari et collègue Geoffrey Burbidge, Fred Hoyle et le prix Nobel de physique William Fowler, vont publier en 1957 un travail qui n’exposait rien de moins que la recette suivie par l’Univers pour fabriquer les éléments chimiques dans les étoiles et avec les supernovae. L’article est célèbre depuis pour les nucléaires sous le nom de B2FH, d’après les initiales de ses auteurs. C’est typiquement le domaine de recherche pour lequel Hubert Reeves était l’un des pionniers et des experts.
C’est donc de ce nouveau type de supernova que parle l’astrophysicienne Orsola De Marco dans l’article de The Conversation que nous avons repris pour le traduire sous cette vidéo.
Orsola De Marco a étudié l’astrophysique à l’University College London, où elle a obtenu son doctorat en 1997. Après un contrat de recherche à l’ETH de Zurich, elle a passé dix ans à New York, au Musée américain d’histoire naturelle, où elle a mené ses recherches et partagé sa passion avec le public. Elle a rejoint l’Université Macquarie en 2009, elle enseigne aux étudiants, mène des recherches sur la physique des étoiles binaires en interaction et continue de partager sa passion avec le public en tant que membre de l’Association pour l’astronomie, notamment grâce à un observatoire et un planétarium fréquemment visités par des élèves, des enseignants et le grand public. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Working Scientifically at CEDP
Des astronomes ont pu entrevoir la structure interne d’une étoile en fin de vie lors d’un type rare d’explosion cosmique appelé « supernova extrêmement dépouillée » (ou extremely stripped supernova).
Dans un article publié dans la revue Nature, Steve Schulze, de l’université Northwestern (États-Unis), et ses collègues décrivent la supernova 2021yfj, ainsi que l’épaisse enveloppe de gaz qui l’entoure. Leurs découvertes confortent les théories actuelles sur ce qui se passe à l’intérieur des étoiles massives en fin de vie, et sur la manière dont elles ont façonné les briques élémentaires de l’Univers que nous observons aujourd’hui.
Comment les étoiles produisent les éléments
Les étoiles tirent leur énergie de la fusion nucléaire, un processus au cours duquel des atomes légers sont comprimés pour former des atomes plus lourds, libérant ainsi de l’énergie.
La fusion se déroule par étapes tout au long de la vie de l’étoile. Au fil de cycles successifs, l’hydrogène (l’élément le plus léger) fusionne d’abord pour donner de l’hélium, suivi de la formation d’éléments plus lourds comme le carbone. Les étoiles les plus massives poursuivent ce processus en produisant du néon, de l’oxygène, du silicium et, enfin, du fer.
Chaque cycle de combustion est plus rapide que le précédent. Le cycle de l’hydrogène peut durer des millions d’années, tandis que celui du silicium s’achève en quelques jours seulement.
À mesure que le cœur d’une étoile massive continue de brûler, le gaz situé à l’extérieur du cœur adopte une structure stratifiée : les couches successives gardent la trace de la composition correspondant à la progression des cycles de combustion. Parallèlement à ces phénomènes au cœur de l’étoile, celle-ci expulse du gaz depuis sa surface, lequel est emporté dans l’espace par le vent stellaire. Chaque cycle de fusion génère une enveloppe de gaz en expansion contenant un mélange d’éléments spécifique.
Effondrement du cœur
Que devient une étoile massive lorsque son cœur est rempli de fer ?
Sous l’effet d’une pression et d’une température extrêmes, le fer fusionne ; toutefois, contrairement à la fusion des éléments plus légers, ce processus absorbe de l’énergie au lieu d’en libérer.
C’est l’énergie libérée par la fusion qui contrecarrait la force de gravité et maintenait l’étoile en équilibre ; privé de ce soutien, le cœur de fer s’effondre. Selon sa masse initiale, ce cœur effondré deviendra soit une étoile à neutrons, soit un trou noir. Le processus d’effondrement provoque un « rebond » qui projette de l’énergie et de la matière vers l’extérieur. C’est ce que l’on appelle une supernova par effondrement de cœur.
L’explosion illumine les couches de gaz précédemment expulsées par l’étoile, nous permettant ainsi d’en analyser la composition. Pour toutes les supernovas connues jusqu’à présent, ce matériau provenait soit de la couche d’hydrogène, soit de celle d’hélium ou de carbone, produites lors des deux premiers cycles de combustion nucléaire.
Les couches internes (celles de néon, d’oxygène et de silicium) se forment toutes à peine quelques centaines d’années avant l’explosion de l’étoile ; elles n’ont donc pas le temps de s’éloigner considérablement de celle-ci.
L’explosion des étoiles très massives en supernovae gravitationnelles enrichit le milieu interstellaire avec les éléments chimiques synthétisés par fusion nucléaire, tout en donnant naissance à une étoile à neutrons ou à un trou noir par effondrement du cœur de l’étoile. La transition entre l’effondrement du cœur et l’expulsion de l’enveloppe stellaire est un défi pour la compréhension théorique des supernovae. Une expérience hydraulique conçue et réalisée au CEA a permis de reproduire par analogie un des phénomènes d’instabilité hydrodynamique qui facilitent l’explosion. Cette approche expérimentale est complémentaire des simulations numériques. Découvrez cette expérience en animation. © Film d’animation produit et co-financé par le CEA et l’ERC et réalisé par le Studio Animéa. Conception scientifique et technique : T. Foglizzo, J. Guilet, G. Durand (CEA)
Un mystère explosif
C’est précisément ce qui rend la nouvelle supernova SN2021yfj si intéressante. Schulze et ses collègues ont découvert que le matériau situé à l’extérieur de l’étoile provenait de la couche de silicium – la dernière couche juste au-dessus du cœur de fer, qui se forme en l’espace de quelques mois seulement. Le vent stellaire a dû expulser toutes les couches, jusqu’à celle de silicium, avant que l’explosion ne se produise. Les astronomes ne comprennent pas comment un vent stellaire a pu être assez puissant pour y parvenir.
Le scénario le plus plausible implique la présence d’une seconde étoile. Si une autre étoile gravitait autour de celle qui a explosé, sa gravité aurait pu arracher rapidement la couche profonde de silicium.
Illustration d’artiste représentant le scénario le plus probable quant à l’origine de SN2021yfj. L’étoile progénitrice de SN2021yfj avait déjà été dépouillée de ses couches externes, ne laissant subsister que son cœur d’oxygène et de silicium, bien avant que la supernova ne se produise. Vers la fin de sa vie, cette étoile a connu deux épisodes rares et violents d’instabilité de paires, éjectant dans l’espace d’immenses enveloppes riches en silicium, en soufre et en argon. La collision de ces enveloppes a engendré une supernova d’une telle luminosité qu’elle a pu être observée à une distance de 2,2 milliards d’années-lumière. © Observatoire Keck, Adam Makarenko.
Les étoiles en explosion ont façonné l’Univers tel que nous le connaissons
Quelle que soit l’explication, cette observation au cœur même de l’étoile a confirmé nos théories sur les cycles de fusion nucléaire au sein des étoiles massives. Pourquoi est-ce important ? Parce que les étoiles sont à l’origine de tous les éléments.
Le carbone et l’azote sont principalement produits par des étoiles de masse plus faible, semblables à notre Soleil. Certains éléments lourds, comme l’or, sont synthétisés dans des environnements exotiques résultant de la collision et de la fusion d’étoiles à neutrons. En revanche, l’oxygène et d’autres éléments tels que le néon, le magnésium et le soufre proviennent essentiellement des supernovas à effondrement de cœur.
Les Homo sapiens observent l’apparition transitoire de nouvelles étoiles depuis bien longtemps, mais ce n’est qu’au début du XXe siècle qu’ils ont commencé à comprendre ce qui se cachait derrière elles avec les développements de la physique nucléaire… des explosions dantesques de soleils ! Elles sont de plusieurs types et la noosphère n’a pas encore percé tous leurs secrets. Des observations dans le domaine des rayons gamma, faites avec le satellite Fermi de la Nasa, viennent pourtant de lever une partie du voile concernant les secrets de supernovae particulièrement lumineuses !… Lire la suite
Nous sommes ce que nous sommes grâce aux mécanismes internes des étoiles. La production constante d’éléments au sein des étoiles entraîne une transformation continue de l’Univers. Les étoiles et les planètes formées plus récemment diffèrent considérablement de celles apparues aux époques antérieures. Lorsque l’Univers était plus jeune, il contenait beaucoup moins d’éléments « intéressants ». Tout fonctionnait différemment : les étoiles brûlaient à des températures plus élevées et plus rapidement, et les planètes se sont peut-être formées en moindre nombre, différemment, voire pas du tout.
La fréquence des explosions de supernovas et la nature exacte des éléments qu’elles éjectent dans le milieu interstellaire sont des questions cruciales pour comprendre pourquoi notre Univers et notre monde sont tels qu’ils sont.
Source:
www.futura-sciences.com
