Chaque année, environ 1 000 supernovae de type Ia éclatent dans le ciel. Ces explosions stellaires s’illuminent puis s’estompent selon un schéma si répétable qu’elles sont utilisées comme des “bougies standard” – des objets si uniformément brillants que les astronomes peuvent déduire la distance à l’un d’eux par son apparence.
Notre compréhension du cosmos est basée sur ces bougies standards. Considérez deux des plus grands mystères de la cosmologie : Quel est le taux d’expansion de l’univers? Et pourquoi ce taux d’expansion s’accélère? Les efforts pour comprendre ces deux problèmes reposent essentiellement sur des mesures de distance effectuées à l’aide de supernovas de type Ia.
Pourtant, les chercheurs ne comprennent pas entièrement ce qui déclenche ces explosions étrangement uniformes – une incertitude qui inquiète les théoriciens. S’ils peuvent se produire de plusieurs façons, de minuscules incohérences dans leur apparence pourraient corrompre nos mesures cosmiques.
Au cours de la dernière décennie, le soutien s’est accru pour une histoire particulière sur ce qui déclenche les supernovas de type Ia – une histoire qui retrace chaque explosion à une paire d’étoiles sombres appelées naines blanches. Maintenant, pour la première fois, des chercheurs ont réussi à recréer une explosion de type Ia dans des simulations informatiques du scénario de la double naine blanche, donnant à la théorie un coup de pouce critique. Mais les simulations ont également produit quelques surprises, révélant combien nous avons encore à apprendre sur le moteur derrière certaines des explosions les plus importantes de l’univers.
Faire exploser un nain
Pour qu’un objet serve de bougie standard, les astronomes doivent connaître sa luminosité ou sa luminosité inhérente. Ils peuvent comparer cela à la luminosité (ou à la luminosité) de l’objet dans le ciel pour déterminer sa distance.
En 1993, l’astronome Mark Phillips comploté comment la luminosité des supernovas de type Ia change avec le temps. Surtout, presque toutes les supernovas de type Ia suivent cette courbe, connue sous le nom de relation de Phillips. Cette cohérence, ainsi que l’extrême luminosité de ces explosions, visibles à des milliards d’années-lumière, en font les bougies standard les plus puissantes dont disposent les astronomes. Mais quelle est la raison de leur cohérence ?
Un indice vient de l’élément improbable nickel. Lorsqu’une supernova de type Ia apparaît dans le ciel, les astronomes détectent une inondation de nickel-56 radioactif. Et ils savent que le nickel-56 provient des naines blanches – des étoiles sombres et éteintes qui ne conservent qu’un noyau dense de carbone et d’oxygène de la taille de la Terre, enveloppé d’une couche d’hélium. Pourtant ces naines blanches sont inertes ; les supernovas sont tout sauf. Le casse-tête est de savoir comment passer d’un état à l’autre. “Il n’y a toujours pas de propre ‘Comment faites-vous cela?'” a déclaré Lars Bildsten, astrophysicien et directeur du Kavli Institute for Theoretical Physics à Santa Barbara, Californie, spécialisé dans les supernovas de type Ia. « Comment le faire exploser ? »
Jusqu’à il y a environ 10 ans, la théorie dominante soutenait qu’une naine blanche siphonnait le gaz d’une étoile proche jusqu’à ce que la naine atteigne une masse critique. Son noyau deviendrait alors suffisamment chaud et dense pour déclencher une réaction nucléaire galopante et exploser en supernova.
Puis en 2011, la théorie a été renversée. SN 2011fele type Ia le plus proche trouvé depuis des décennies, a été repéré si tôt dans son explosion que les astronomes ont eu la chance de chercher une étoile compagne. Aucun n’a été vu.
Les chercheurs se sont intéressés à une nouvelle théorie, la soi-disant Scénario D6-un acronyme désignant le virelangue “double détonation double dégénérée à entraînement dynamique”, inventé par Ken Shen, astrophysicien à l’Université de Californie à Berkeley. Le scénario D6 propose qu’une naine blanche piège une autre naine blanche et vole son hélium, un processus qui libère tellement de chaleur qu’il déclenche la fusion nucléaire dans la coquille d’hélium de la première naine. L’hélium en fusion envoie une onde de choc profondément dans le noyau du nain. Il explose alors.
