Supernova : une explosion 3000 millions de fois plus brillante que le Soleil

Une étoile ne s'éteint pas tranquillement quand elle détone. À son apogée, une supernova peut apparaître environ 3000 millions de fois plus brillante que le Soleil si les deux étaient placés à la même distance d'un observateur – un flash violent assez fort pour être suivi à partir d'autres galaxies pendant des mois.

Les astronomes classent ces explosions en deux grandes familles : certaines proviennent de la réallumage soudain et incontrôlé d'un noyau stellaire brûlé appelé naine blanche, tandis que d'autres marquent l'effondrement final du noyau d'une étoile massive. Les deux processus se terminent de la même manière, dans une explosion qui sème l'espace de nouveaux éléments et laisse souvent derrière elle un cadavre étrange et compact.

Ce qui suit n'est pas le schéma général que chaque article répète. C'est un ensemble de chiffres spécifiques et documentés : la vitesse à laquelle les débris volent, la distance à laquelle les plus faibles ont été mesurés, et ce qui a réellement été trouvé caché dans les restes.

Une naine blanche est un noyau stellaire brûlé si dense que seule la pression électronique l'empêche de s'effondrer davantage. Si elle absorbe lentement du gaz d'une étoile compagne, sa masse peut s'approcher de la limite de Chandrasekhar, environ 1,44 fois la masse du Soleil – le point au-delà duquel la pression de dégénérescence électronique ne peut plus tenir l'étoile contre sa propre gravité.

Une fois l'allumage commencé, l'étoile ne s'effondre pas simplement ; elle détone. La matière est expulsée à 5 000 à 20 000 kilomètres par seconde, environ 6% de la vitesse de la lumière. Une partie de ces débris continue de s'étendre pendant des siècles : un événement à double dégénérescence, dans lequel deux naines blanches fusionnent plutôt qu'une ne se nourrisse lentement d'une compagne, peut expliquer pourquoi G1.9+0.3, le plus jeune reste de supernova connu dans notre galaxie, est devenu plus lumineux et plus grand pendant des décennies après sa formation.

Les supernovas sont suffisamment courantes pour que les relevés célestes professionnels et amateurs aient trouvé plus de 200 nouvelles en une seule année, 2012 – et SN 2012fr, découverte en octobre, s'est classée parmi les plus brillantes de la récolte de cette année.

Cette luminosité est ce qui rend le chiffre de 3000 millions plus qu'une abstraction : les astronomes peuvent comparer directement la lumière d'une étoile en explosion avec celle du Soleil, à distance égale, et obtenir un rapport réel plutôt qu'une simple impression approximative. Regarder un seul objet passer de l'invisible à brièvement plus brillant que sa propre galaxie fait partie de la raison pour laquelle la chasse aux supernovas continue de s'étendre.

Certaines supernovas sont suffisamment anciennes pour avoir été enregistrées par des historiens plutôt que des télescopes, mais leurs débris peuvent toujours être mesurés avec une précision moderne. Le reste de SN 1006 – une explosion assez brillante pour attirer l'attention à travers le monde médiéval – se trouve à environ 2,17 (plus ou moins 0,08) kiloparsecs de la Terre, une distance déterminée en suivant la dérive lente de ses filaments lumineux à travers des décennies d'images.

Cette mesure de distance permet aux astronomes de remonter vers une luminosité de pointe calculée pour l'explosion originale, et le résultat s'aligne avec le milieu de la gamme d'estimations de luminosité enregistrées par les observateurs qui ont regardé l'événement réel se dérouler bien avant que les télescopes n'existent.

Toutes les explosions de naine blanche ne détruisent pas complètement leur étoile. Les astronomes ont identifié plus de 30 « mini-supernovas » inhabituellement faibles – des explosions assez faibles pour que la naine blanche à leur centre pourrait survivre plutôt que d'être anéantie.

L'une d'entre elles, SN 2012Z, se trouve dans la galaxie hôte NGC 1309, à environ 110 millions d'années-lumière de distance. La comparer avec un événement tout aussi faible, SN 2008ha, montre à quel point cette classe réduite peut varier : SN 2012Z se classe parmi les plus puissantes de ces explosions sous-puissantes, tandis que SN 2008ha se classe parmi les plus faibles. Le schéma n'était pas une surprise rétrospectivement – dès 2009, les chercheurs avaient déjà proposé que ce type d'événement provienne d'une naine blanche appariée à une étoile compagne d'hélium, années avant que SN 2012Z ne leur donne la chance de tester l'idée directement.

Toutes les supernovas ne sont pas faibles ou proches. ASASSN-15lh, la supernova la plus lumineuse jamais enregistrée, se trouve à environ 3,82 milliards d'années-lumière de la Terre. Découverte pour la première fois en juin 2015, elle a atteint un pic d'environ 570 milliards de fois la luminosité du Soleil – le double de la production bolométrique de toute autre supernova connue.

Une seule explosion stellaire brièvement plus brillante que des centaines de milliards de Soleils est un rappel utile de la quantité d'énergie enfermée dans une étoile ordinaire avant qu'elle n'explose.

SN 1987A reste la supernova de référence de l'ère moderne. Les astronomes la placent à environ 51,4 kiloparsecs – environ 168 000 années-lumière – ce qui en fait l'explosion stellaire la plus proche que quiconque ait documentée depuis que Johannes Kepler en a suivi une en 1604, assez proche, et assez récente, pour que les instruments du monde entier puissent l'étudier en détail.

La théorie prédisait que le noyau en effondrement aurait dû laisser une étoile à neutrons derrière, mais pendant des décennies, personne ne pouvait confirmer qu'il y en avait réellement une. Cela a changé en 2019, quand les astronomes utilisant l'Atacama Large Millimeter Array ont signalé une preuve indirecte d'une étoile à neutrons effondrée à l'intérieur du reste. Tout ce qui a survécu à l'explosion devrait ressembler aux étoiles à neutrons typiques ailleurs : des objets avec un rayon d'environ 10 kilomètres emballant environ 1,4 fois la masse du Soleil.

Le mot « supernova » lui-même n'a guère qu'un siècle. Walter Baade et Fritz Zwicky obtiennent le crédit : le couple a introduit le terme lors d'un cours d'astrophysique en 1931, empruntant la « nova » que les astronomes utilisaient déjà pour l'illumination d'une étoile et ajoutant « super » une fois qu'ils ont réalisé que ces événements étaient catégoriquement plus grands.

L'un des objets qui a aidé à rendre cette distinction évidente se trouve à l'intérieur de la Nébuleuse du Crabe – les débris d'une supernova que les astronomes chinois ont enregistrée en 1054 de notre ère.

En son centre se trouve le Pulsar du Crabe, une étoile à neutrons de seulement 28 à 30 kilomètres de large qui tourne 30,2 fois chaque seconde – le reste compact d'une explosion suffisamment brillante pour que les observateurs de l'autre côté de la planète l'enregistrent sans télescope, des siècles avant que Baade et Zwicky ne donnent au phénomène son nom.

• ESO : L'ascension et la chute d'une supernova
• arXiv : Le reste de SN 1006 — Mouvements propres optiques, imagerie profonde, distance et luminosité au maximum
• arXiv : Jeunes restes de supernovas de type Ia et leurs progéniteurs — SNR G1.9+0.3
• ScienceDaily : Hubble trouve un système stellaire supernova lié à un potentiel « zombie star »
• Wikipedia : Supernova
• Wikipedia : Supernova de type Ia
• Wikipedia : SN 1987A
• Wikipedia : Étoile à neutrons
• Wikipedia : Nébuleuse du Crabe