Pour la toute première fois, des chercheurs ont capturé une image spectaculaire d’une étoile mourante ayant subi une double explosion. L’observation de ce phénomène, appelé « double détonation », fait progresser notre compréhension de la fin de vie des étoiles et même de la dynamique globale de l’Univers.
Le cliché a été réalisé grâce au Very Large Telescope (VLT), un ensemble de quatre super-télescopes travaillant de concert. Cet instrument de pointe est connu pour ses nombreuses contributions majeures à l’astronomie dans des domaines variés. C’est notamment grâce au VLT que nous avons pu confirmer l’existence de Sagittarius A*, le trou noir supermassif au centre de notre Voie lactée. Il a également capturé la toute première image d’une exoplanète en dehors du système solaire, documenté l’accélération de l’expansion de l’Univers, et mis en évidence la fameuse toile cosmique qui s’étend à l’échelle du cosmos.
Cette fois, les chercheurs ont observé un rémanent de supernova nommé SNR 0509-67.5, situé à environ 60 000 années-lumière de la Terre. Ces rémanents sont d’immenses nuages de matière chauffée qui subsistent après une supernova, une explosion cataclysmique survenant lorsque certaines étoiles épuisent leur combustible thermonucléaire.
Ces objets intéressent particulièrement les astronomes car ils contiennent des informations essentielles sur le cycle de vie des étoiles, en particulier sur les supernovas de type Ia.
Quand une étoile explose… deux fois
Aujourd’hui, les spécialistes estiment que ce type de supernova ne peut pas être produit par une étoile isolée. Ces explosions se produiraient plutôt dans des systèmes binaires particuliers, où une naine blanche — le cœur effondré d’une ancienne étoile — et une étoile compagne encore active orbitent autour d’un centre de gravité commun.
Dans ces conditions, la naine blanche peut siphonner lentement de la matière de sa compagne sous l’effet de la gravité. Sa masse augmente alors progressivement jusqu’à dépasser la limite de Chandrasekhar, une masse critique au-delà de laquelle la naine blanche devient instable. Au-delà de ce seuil, elle s’effondre gravitationnellement, déclenchant une supernova.
Cependant, plusieurs études récentes suggèrent qu’une supernova peut aussi survenir avant d’atteindre cette limite. Ce scénario alternatif repose sur la composition chimique de la naine blanche. Si elle est particulièrement chargée en hélium, une enveloppe de ce gaz peut s’accumuler autour d’elle. Cette couche finit par devenir instable et s’enflamme, déclenchant une première détonation. Cette explosion crée une onde de choc qui, selon certains modèles, pourrait provoquer la supernova lorsque l’onde atteint le cœur de la naine blanche.
La confirmation tant attendue
Jusqu’à présent, aucune preuve visuelle concrète n’avait étayé cette hypothèse. Pour la vérifier, les astronomes ont analysé plusieurs rémanents de supernova à la recherche de motifs caractéristiques d’une double détonation. Et c’est précisément ce qu’ils ont observé dans SNR 0509-67.5 grâce au VLT.
L’instrument MUSE du télescope, un spectromètre extrêmement performant, a révélé la présence de deux anneaux de calcium concentriques bien définis qui, selon toute vraisemblance, pointent directement vers une double détonation.
Selon Ivo Seitenzahl, astronome à l’Institut des Études Théoriques d’Heidelberg et auteur principal de l’étude, il s’agit d’une « indication claire que les naines blanches peuvent exploser avant d’atteindre la célèbre limite de masse de Chandrasekhar, et que le mécanisme de double détonation se produit effectivement dans la nature ».
Il s’agit donc d’une découverte importante, connaissant le rôle central de ces supernovas de type Ia en astrophysique.
Vers une grande remise en question ?
En effet, ces supernovas présentent une luminosité très prévisible, ce qui permet aux astronomes de les utiliser comme des balises cosmiques. C’est notamment grâce à elles qu’Adam Riess, Saul Perlmutter et Brian Schmidt ont découvert l’accélération de l’expansion de l’Univers, un travail récompensé par un Prix Nobel en 2011.
Or, si la double détonation s’avère fréquente, ce modèle classique pourrait être remis en question. Si des naines blanches explosent avant d’atteindre la limite de Chandrasekhar, de nombreux rémanents pourraient provenir d’explosions moins massives que prévu. Cela obligerait les astronomes à reconsidérer la fiabilité de ces balises, fondamentales pour nos mesures cosmologiques, avec des implications potentiellement profondes pour toute la discipline.
Par ailleurs, comme les autres supernovas, les Ia propulsent d’importantes quantités d’éléments chimiques lourds dans le cosmos. Ce mécanisme de double explosion pourrait modifier la manière dont ces éléments sont dispersés, influençant la structure des rémanents, la dynamique des gaz interstellaires, et la manière dont la matière est recyclée au sein des galaxies.
Au bout du compte, cette découverte ouvre donc la porte à de nouvelles questions passionnantes. Il ne reste qu’à espérer que d’autres doubles détonations de ce genre seront bientôt identifiées, car elles nous aideront sans doute à mieux cerner la dynamique globale de l’univers.
Le texte complet de l’étude est disponible ici.
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