Une supernova extraordinaire révèle des secrets aux astronomes – “Une sorte de machine à voyager dans le temps”

Ce schéma montre les différents éjectas et vents (rouge et violet) émis par l’étoile qui explose (à gauche, jaune). Le disque à enveloppe commune (bleu) entoure les deux étoiles, celle qui explose en supernova et son partenaire binaire (non représenté). La couche limite autour du disque à enveloppe commune est la source de l’hydrogène détecté par l’équipe. Crédit : B. Thomas et al./UT Austin

Une équipe multinationale d’astronomes dirigée par Benjamin Thomas de l’Université du Texas à Austin a utilisé les observations du télescope Hobby-Eberly (HET) à l’observatoire McDonald de l’université pour percer un mystère déroutant sur une explosion stellaire découverte il y a plusieurs années et qui évolue encore aujourd’hui. . Les résultats, publiés dans le numéro du 27 avril 2022 de Le Journal Astrophysiqueaidera les astronomes à mieux comprendre le processus de vie et de mort des étoiles massives.

Lorsqu’une étoile qui explose est détectée pour la première fois, les astronomes du monde entier commencent à la suivre avec des télescopes car la lumière qu’elle émet change rapidement avec le temps. Ils voient la lumière d’une supernova devenir plus brillante, finalement culminer, puis commencer à faiblir. En notant les instants de ces pics et creux dans la luminosité de la lumière, appelés «courbe de lumière», ainsi que les longueurs d’onde caractéristiques de la lumière émise à différents moments, ils peuvent en déduire les caractéristiques physiques du système.

“Je pense que ce qui est vraiment cool dans ce type de science, c’est que nous examinons l’émission provenant de la matière qui a été rejetée par le système progéniteur avant qu’elle n’explose en supernova”, a déclaré Thomas. “Et donc cela fait une sorte de machine à remonter le temps.”

Télescope Hobby-Eberly avec Star Trails

Des traînées d’étoiles tournent autour de Polaris, l’étoile polaire, au-dessus du télescope Hobby-Eberly de l’université du Texas à l’observatoire McDonald d’Austin. Crédit : Ethan Tweedie Photographie

L’ancêtre de la supernova 2014C était une étoile binaire, un système dans lequel deux étoiles tournaient l’une autour de l’autre. L’étoile la plus massive a évolué plus rapidement, s’est étendue et a perdu sa couverture extérieure d’hydrogène au profit de l’étoile compagne. Le noyau interne de la première étoile a continué à brûler des éléments chimiques plus légers en éléments plus lourds jusqu’à ce qu’il soit à court de carburant. Lorsque cela s’est produit, la pression extérieure du noyau qui soutenait le poids massif de l’étoile s’est dissipée. Le noyau de l’étoile s’est effondré, déclenchant une explosion massive.

Cela en fait un type de supernova que les astronomes appellent un “Type Ib”. En particulier, les supernovae de type Ib se caractérisent par l’absence d’hydrogène dans leur matière éjectée, du moins au début.

“Je pense que ce qui est vraiment cool dans ce genre de science, c’est que nous examinons l’émission qui provient de la matière qui a été rejetée par le système progéniteur avant qu’elle n’explose en supernova. Et donc ça fait une sorte de machine à remonter le temps. » – Benjamin Thomas

Thomas et son équipe suivent SN 2014C depuis les télescopes de l’observatoire McDonald depuis sa découverte cette année-là. De nombreuses autres équipes à travers le monde l’ont également étudiée avec des télescopes au sol et dans l’espace, et dans différents types de lumière, y compris les ondes radio du Very Large Array au sol, la lumière infrarouge et les rayons X de l’espace. Observatoire de Chandra.

Mais les études de SN 2014C de tous les différents télescopes n’ont pas abouti à une image cohérente de la façon dont les astronomes pensaient qu’une supernova de type Ib devrait se comporter.

D’une part, la signature optique du télescope Hobby-Eberly (HET) a montré que SN 2014C contenait de l’hydrogène – une découverte surprenante qui a également été découverte indépendamment par une autre équipe utilisant un télescope différent.

“Qu’une supernova de type Ib commence à montrer de l’hydrogène est complètement bizarre”, a déclaré Thomas. “Il n’y a qu’une poignée d’événements qui se sont avérés similaires.”

Deuxièmement, la luminosité optique (courbe de lumière) de cet hydrogène se comportait étrangement. > La plupart des courbes de lumière du SN 2014C – radio, infrarouge et rayons X – ont suivi le schéma attendu : elles sont devenues plus lumineuses, ont culminé et ont commencé à baisser. Mais la lumière optique de l’hydrogène est restée stable.

“Le mystère avec lequel nous avons lutté a été” Comment intégrons-nous nos observations Texas HET de l’hydrogène et de ses caractéristiques dans ce [Type Ib] “, a déclaré J. Craig Wheeler, professeur à l’UT Austin et membre de l’équipe.

L’équipe s’est rendu compte que le problème était que les modèles précédents de ce système supposaient que la supernova avait explosé et envoyé son onde de choc de manière sphérique. Les données de HET ont montré que cette hypothèse était impossible – quelque chose d’autre a dû se produire.

“Cela ne rentrerait tout simplement pas dans une image à symétrie sphérique”, a déclaré Wheeler.

L’équipe propose un modèle où les enveloppes d’hydrogène des deux étoiles du système binaire progéniteur ont fusionné pour former une “configuration d’enveloppe commune”, où les deux étaient contenues dans une seule enveloppe de gaz. La paire a ensuite expulsé cette enveloppe dans une structure en expansion en forme de disque entourant les deux étoiles. Lorsque l’une des étoiles a explosé, son éjecta rapide est entré en collision avec le disque lent et a également glissé le long de la surface du disque à une “couche limite” de vitesse intermédiaire. L’équipe suggère que cette couche limite est à l’origine de l’hydrogène qu’ils ont détecté puis étudié pendant sept ans avec HET.

Ainsi, les données HET se sont avérées être la clé qui a percé le mystère de la supernova SN 2014C.

“Au sens large, la question de savoir comment les étoiles massives perdent leur masse est la grande question scientifique que nous poursuivions”, a déclaré Wheeler. « Combien de masse ? Où est-ce? Quand a-t-il été éjecté ? Par quel procédé physique ? Telles étaient les questions macro que nous recherchions.

“Et 2014C s’est avéré être un événement unique vraiment important qui illustre le processus”, a déclaré Wheeler.

Référence : “Seven Years of SN 2014C : a Multi-Wavelength Synthesis of an Extraordinary Supernova” par Benjamin P. Thomas, J. Craig Wheeler, Vikram V. Dwarkadas, Christopher Stockdale, Jozsef Vinko, David Pooley, Yerong Xu, Greg Zeimann et Phillip MacQueen, 27 avril 2022, Le Journal Astrophysique.
arXiv : 2203.12747

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