Les hypernovae, ces supernovae surpuissantes… qui pourraient ne jamais avoir existé

Au-delà des supernovae, certaines théories évoquent l’existence d’hypernovae, des explosions d’étoiles beaucoup plus puissantes qui auraient dispersé la matière des étoiles à travers l’Univers. Mais ont-elles vraiment laissé leur empreinte dans les plus vieilles étoiles ? Deux études publiées dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society en doutent.

Lorsque l’on parle des phénomènes les plus impressionnants repérables dans l’Univers, les supernovae sont régulièrement citées. Ces explosions marquent la mort des étoiles massives, et les astronomes les traquent dans tout le cosmos.

Des supernovae puissance 10

Pourtant, certaines théories suggèrent que ces phénomènes ne seraient rien face aux hypernovae, des supernovae d’un autre genre au moins dix fois plus puissantes, qui auraient dispersé la matière des étoiles dans tout l’Univers.

Cette hypothèse permettait d’expliquer la composition de quelques étoiles très anciennes. Deux études d’Anmol Aggarwal et Ralph Schönrich, astrophysiciens au Mullard Space Science Laboratory de l’University College London (UCL), la remettent en cause.

Elles sont parues dans la revue Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, et l’UCL les a présentées le 5 octobre. La première réexamine trois étoiles très pauvres en métaux, situées dans le halo de notre Voie lactée et, pour l’une d’elles, dans la galaxie naine voisine du Sculpteur. La deuxième se penche sur une seule étoile, une géante rouge du halo galactique riche en argent et en uranium.

Pourquoi les astrophysiciens ont-ils cru que des explosions si puissantes pouvaient avoir lieu dans l’Univers ?

L’idée générale remonte aux débuts de l’existence de l’Univers. Selon de nombreux modèles, les premières étoiles, nées peu après le Big Bang, étaient pour beaucoup très massives et vivaient peu de temps. Composées presque uniquement d’hydrogène et d’hélium, ces étoiles fabriquaient en leur cœur des éléments plus lourds. En explosant, elles les ont projetés dans les nuages de gaz voisins, d’où sont nées les générations d’étoiles suivantes.

Entre 2019 et 2024, plusieurs équipes ont ainsi attribué à des hypernovae la composition inhabituelle de quatre étoiles, situées dans le halo qui entoure notre Voie lactée ou dans une galaxie naine voisine. Ces étoiles contiennent très peu d’éléments plus lourds que l’hélium (que les astronomes appellent tous « métaux »), signe qu’elles sont nées d’un gaz à peine enrichi par les générations d’étoiles précédentes. Leurs proportions chimiques ne collaient avec aucune supernova ordinaire, d’où le recours à une explosion plus puissante.

Un Univers sans hypernova est possible

Les deux nouvelles études montrent pourtant que la composition de ces étoiles s’explique sans faire appel à des hypernovae. De simples supernovae reproduisent même mieux la composition des trois étoiles de la première étude, selon les tests statistiques des chercheurs.

La géante rouge de la deuxième étude posait un autre problème. Elle contient de l’argent et de l’uranium, des éléments que seule une collision d’étoiles à neutrons peut produire, ou, en théorie, l’hypernova d’une étoile massive très magnétisée.

Des travaux précédents avaient écarté la collision : l’étoile serait née trop tôt pour que des étoiles à neutrons aient eu le temps de se former puis de se percuter. Anmol Aggarwal et Ralph Schönrich relèvent sa vitesse exceptionnelle et son orbite, à contresens de la plupart des étoiles de la Voie lactée. Selon eux, elle est née dans une galaxie naine, où les étoiles pauvres en métaux peuvent se former bien plus tard, avant d’être capturée par notre galaxie. Une collision d’étoiles à neutrons, combinée à une supernova ordinaire, suffit alors à expliquer sa composition.

Cela veut-il dire que ces explosions ultra-puissantes n’ont jamais existé ? Non. Les astronomes en ont observé dans l’Univers récent, comme SN 1998bw en 1998, dont l’énergie dépassait plus de dix fois celle des supernovae connues jusque-là. Les deux études contestent seulement les indices tirés de quelques étoiles très anciennes.

Au vu de ces résultats, il devient en revanche exagéré d’affirmer que des hypernovae ont laissé leur empreinte sur les étoiles de notre Voie lactée. Les auteurs le reconnaissent : personne ne sait encore à quel point la matière d’une supernova se mélange avant de former de nouvelles étoiles. Ils demandent de réexaminer avec leur méthode toutes les étoiles pauvres en métaux à la composition atypique.

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