Une étoile a explosé il y a 845 ans sans mourir : les nouvelles images révèlent un spectacle extraordinaire

Un reste de supernova exotique, découvert dans la Voie lactée il y a à peine plus d'une décennie, pourrait signaler l'existence d'explosions d'étoiles atypiques, dont l'une serait survenue à l'époque médiévale. Les astronomes cherchent à en savoir plus, notamment avec le télescope Gemini North.

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[EN VIDÉO] En 1181, des astronomes chinois et japonais ont enregistré une nouvelle étoile dans le ciel, une rare explosion de supernova. Les restes de cette supernova, appelée SN 1181, sont représentés ici dans cette animation d’artiste, qui vole autour du reste tel qu’il apparaît aujourd’hui à un moment donné. Le cadavre de l’étoile qui a explosé, une étoile « zombie » chaude et gonflée, est visible dans une coquille poussiéreuse de matière éjectée. Au-delà de la coquille poussiéreuse, de brillants filaments radiaux de soufre s’étendent à trois années-lumière de leur point d’origine. Le Keck Cosmic Web Imager (KCWI) de l’observatoire W. M. Keck a cartographié ces filaments en 3D et montré qu’ils volent vers l’extérieur à environ 1 000 kilomètres par seconde. © Observatoire W. M. Keck/Adam Makarenko

C'est un reste de supernova célèbre qui revient sur le devant de la scène avec des observations du télescope Gemini North, installé à Hawaï, qui vient de livrer l'image la plus détaillée du probable vestige de ce reste, baptisé Pa 30. Elle est en ligne avec un communiqué qu'accompagne un article dont une version est en accès libre sur arXiv.

Futura avait déjà parlé longuement dans un précédent article de la supernova exotique à l'origine du reste découvert seulement en 2013 par l'astronome amateur Dana Patchick, « dans le cadre d'un programme de science participative visant à identifier des nébuleuses planétaires dans les données du télescope spatial WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) », explique le communiqué du NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory), un centre de recherche pour l'astronomie nocturne optique et infrarouge aux États-Unis, et dont nous nous inspirons pour cet article.

Le spectacle d'une supernova dans la Voie lactée d'ici 50 ans...

Les mécanismes à l'origine de l'explosion d'une étoile s'effondrant pour donner une supernova s'étudieraient plus facilement à l'aide des ondes gravitationnelles et des flux de neutrinos engendrés si l'événement se produisait dans la Voie lactée. d'après un groupe d'astrophysiciens, il est presque certain que l'on pourra observer une telle supernova dans l'infrarouge dans moins de 50 ans. Dans le visible, c'est une autre affaire...... Lire la suite

En fait, l'explosion de la supernova baptisée SN 1181, et qui était apparue pendant 185 jours à partir d'août 1181, avait été bien notée par les astronomes chinois, japonais et arabes dans la constellation de Cassiopée. Mais, curieusement, pas par les Européens... On suspecte que cette amnésie apparente était en fait voulue, car elle ne cadrait pas avec le corpus théorique de la philosophie d'Aristote qui dominait alors la pensée européenne. Selon lui, les cieux sont éternels et une nouvelle étoile était donc impossible.

Voici Pa 30, le vestige probable de la supernova historique observée en 1181, immortalisé ici avec un niveau de détail inédit par le télescope Gemini North. © NOIRLabAstro

Un reste de supernova avec une étoile zombie

Toujours est-il que l'instrumentation équipant aujourd'hui le télescope Gemini North montre des détails inédits du reste de supernova avec environ dix fois plus de structures filamentaires qu'auparavant, filaments constitués de chaînes de minuscules nœuds de gaz. Selon les astrophysiciens, leur formation pourrait résulter de variations de température ou de densité dans la matière environnante lors de l'expansion des éjectas de l'explosion.

La nouvelle image de la nébuleuse Pa 30 montre en tout cas une étoile autrefois repérée comme une source infrarouge particulièrement chaude par le fameux satellite Iras, et nommée Iras 00500+6713. Nous savons aujourd'hui que sa température de surface est de 200 000 °C (celle du Soleil est de 6 000 °C environ) et qu'elle émet des vents stellaires à près de 16 000 km/s.

L'étoile centrale, WD J005311, serait une naine blanche en rotation rapide de type « super-Chandrasekhar », car sa masse serait supérieure à celle de la fameuse limite de Chandrasekhar en étant le produit de la fusion de deux naines blanches qui ne la violaient pas.

Des études théoriques sur les naines blanches dotées de champs magnétiques très intenses prédisent qu'une naine blanche peut se former à partir d'une masse dépassant la limite de Chandrasekhar.

Extrait du documentaire Du Big bang au Vivant (ECP Productions, 2010). Jean-Pierre Luminet parle de l'évolution des étoiles de type solaire, leur transformation en géantes rouges, puis en naines blanches. © Jean-Pierre Luminet

Or, cela ne cadre pas avec une explosion de supernova classique SN II laissant comme reste une étoile à neutrons ou une SN Ia ne laissant rien.

Un reste de supernova surréaliste avec son étoile « zombie » qui ressemble à un pissenlit

Quand elles explosent en supernovae, les étoiles laissent derrière elles une sorte de bulle de gaz surchauffé qui enfle dans le milieu interstellaire à grande vitesse avant de se dissiper des millions d'années plus tard. Il existe plusieurs types de supernovae, mais depuis quelque temps, on en observe d'un nouveau type, baptisé SN Iax. Celle de 1181 a laissé un reste très inhabituel que l'on peut qualifier de surréaliste par comparaison avec les restes plus connus, comme la nébuleuse du Crabe ou encore Cassiopée A. Ce reste, nommé Pa 30, contient en plus une étoile « zombie », un ancien cadavre stellaire ramené à la vie.... Lire la suite

En fait, pour expliquer la présence de cette étoile, il faut admettre que SN 1181 était une supernova de type Iax, une catégorie rare d'explosions thermonucléaires incomplètes qui, contrairement aux supernovae de type Ia classiques, ne détruisent pas entièrement leur étoile.

Pour plus de détails, lisez le précédent article de Futura ci-dessus.

Le saviez-vous ?

Il y a plusieurs siècles, depuis Tycho Brahe et Johannes Kepler, célèbres « bâtisseurs du Ciel », on observait des « nouvelles étoiles », en abrégé des novae, à partir du latin stella nova qui signifie « nouvelle étoile ». Mais il avait fallu attendre les années 1930 et les travaux de Walter Baade et Fritz Zwicky pour que l’on se rende compte des différences existantes entre les novae et les supernovae. Rapidement, furent également découvertes les premières sous-classes de supernovae aujourd’hui célèbres, les SN I et les SN II, selon la fameuse classification conçue par l'astronome germano-américain Rudolph Minkowski et l'astronome suisse Fritz Zwicky.

Les SN Ia sont des explosions thermonucléaires de naines blanches dans des systèmes binaires alors que les SN II, bien plus puissantes, sont des explosions produites par des étoiles au moins 8 à 10 fois plus massives que le Soleil et qui s’effondrent gravitationnellement en donnant des étoiles à neutrons, ou des trous noirs si elles sont assez lourdes. Dans tous les cas, les différences entre supernovae (d’autres allaient être mises en évidence jusqu’à nos jours encore), se trouvent au niveau du spectre traduisant la présence de certains éléments dans la lumière des explosions et dans les variations et les durées des intensités lumineuses (les courbes de lumière) de ces cataclysmes stellaires.

Ainsi, les supernovas de type I ont un spectre qui ne contient pas d'hydrogène, alors que les supernovas de type II ont un spectre qui en contient. Parmi les supernovas de type I, on distingue trois sous-classes, de sorte que si le spectre montre la présence de silicium, on parle de type Ia ; mais, si le spectre n’en montre pas, on regarde l'abondance d’hélium. En présence d'une quantité notable d’He, on parle de type Ib et inversement, en présence de faible quantité d'hélium, on parle de type Ic.

On a introduit maintenant depuis quelques années le type SN Iax.

Ainsi, Pa 30 serait le seul vestige connu d'une supernova de type Iax dans notre Galaxie, offrant aux astrophysiciens un laboratoire exceptionnel pour comprendre les mécanismes de ces explosions stellaires atypiques environ 100 fois moins lumineuses que les SN Ia. Mais leur nombre dans les galaxies pourrait bien être d'environ un tiers de celui de ces supernovae. On ne les observe que dans des galaxies spirales ou irrégulières, jamais dans des galaxies elliptiques. Ce qui serait cohérent avec l'idée qu'elles font intervenir des étoiles relativement jeunes.