Le vénérable Le télescope spatial Hubble nous a tant donné au cours de l’histoire de son service (32 ans, 7 mois, 6 jours, et ça continue !) Même après toutes ces années, l’observatoire polyvalent et sophistiqué continue de jouer son rôle aux côtés d’ajouts plus récents, comme le Télescope spatial James Webb (JWST) et d’autres membres de la NASA Grands Observatoires famille. En plus de mener encore des campagnes d’observation, les astronomes et astrophysiciens passent au peigne fin les volumes de données Hubble accumulé au fil des ans pour trouver encore plus de joyaux cachés.
Une équipe dirigée par Caltech a récemment fait des découvertes très intéressantes dans les archives de Hubble, où ils ont observé les sites de six supernovae pour en savoir plus sur leurs étoiles progénitrices. Leurs observations faisaient partie du programme Hubble Space Telescope Snapshot, où les astronomes utilisent des images HST pour tracer le cycle de vie et l’évolution des étoiles, des galaxies et d’autres objets célestes. À partir de là, ils ont pu imposer des contraintes sur la taille, la masse et d’autres caractéristiques clés des étoiles progénitrices et sur ce qu’elles ont vécu avant l’effondrement du noyau.
L’équipe était dirigée par le Dr Schuyler D. Van Dyk, chercheur principal au Caltech’s Centre de traitement et d’analyse infrarouge (IPAC). Ses coéquipiers comprenaient des chercheurs de l’Université de Californie à Berkeley, du Space Telescope Science Institute, de l’Observatoire Steward de l’Université d’Arizona, de l’Institut d’astronomie de l’Université d’Hawaï et de l’École de physique et d’astronomie de l’Université du Minnesota. Leurs conclusions ont été publiées dans un article intitulé “La disparition de six progéniteurs de supernova» qui apparaîtra dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.
Comme ils l’indiquent dans leur article, les cibles de leur étude étaient toutes des supernovae à effondrement de noyau (SNe) proches que Hubble a imagées à haute résolution spatiale. Les images faisaient partie du programme Hubble Snapshot, créé par le Institut des sciences du télescope spatial (STScI) pour fournir un large échantillon d’images pour diverses cibles. Chaque cible est observée sur une seule orbite de Hubble autour de la Terre entre d’autres programmes d’observation, permettant un degré de flexibilité qui n’est pas possible avec d’autres observatoires.
Pour leur étude, Van Dyk et ses collègues ont examiné les images de six supernovae extragalactiques avant et après leur explosion – désignées SN 2012A, SN 2013ej, SN 2016gkg, SN 2017eaw, SN 2018zd et SN 2018aoq. Avec des cibles extragalactiques, les astronomes ont du mal à savoir si les étoiles qu’ils ont identifiées étaient des progéniteurs de la supernova, compte tenu de la distance impliquée. Comme Van Dyk à Universe Today par e-mail, la seule façon d’être sûr est d’attendre que la supernova s’estompe, puis de confirmer que l’étoile progénitrice a disparu :
“Puisque l’explosion de la supernova est si lumineuse, nous devons attendre un certain nombre d’années jusqu’à ce qu’elle se soit suffisamment estompée pour qu’elle soit moins lumineuse que l’ancêtre. Dans quelques-uns des cas que nous montrons dans notre article, il ne fait guère de doute que l’étoile qui était là avant l’explosion a maintenant disparu. Dans les autres cas, nous sommes raisonnablement sûrs, mais la supernova est toujours détectable et est juste assez faible pour que nous en déduisions que l’ancêtre a disparu. “
Dans une précédente étude, Van Dyk et plusieurs collègues co-auteurs de cette étude ont enquêté sur une autre supernova (iPTF13bvn) dont l’étoile progénitrice a disparu. Dans ce cas, l’équipe de recherche s’est appuyée sur les données obtenues par Hubble du site SN – dans le cadre du Champ Ultra Profond Ultraviolet (UVUDF) – environ 740 jours après l’explosion de l’étoile. En 2013, Van Dyk a mené une étude utilisant des images d’un programme Snapshot antérieur pour confirmer que l’ancêtre de SN 2011dh dans la galaxie Whirlpool (Messier 51) avait disparu.
Ces articles et d’autres au fil des ans ont montré que les candidats progéniteurs peuvent être directement identifiés à partir d’images pré-explosion. Dans cette étude la plus récente, Van Dyk et ses collègues ont observé des supernovae dans les derniers stades de leur évolution pour savoir quels mécanismes les alimentent. Dans de nombreux cas, le mécanisme est la désintégration de noyaux radioactifs (en particulier le nickel, le cobalt et le fer radioactifs) qui ont été synthétisés par l’énorme énergie de l’explosion. Mais comme il l’a expliqué, ils soupçonnaient que d’autres mécanismes pourraient être impliqués :
“Cependant, nous avons des indications que certaines supernovae ont inévitablement des sources d’énergie supplémentaires – une possibilité est que la lumière de la supernova ait été diffusée par la poussière interstellaire immédiate à l’explosion, sous la forme d’un” écho lumineux “; une autre possibilité plus probable est que l’onde de choc associée à l’explosion interagisse avec le gaz qui a été déposé autour de l’étoile progénitrice par l’étoile elle-même au cours de la vie de l’étoile, sous forme de vent ou d’explosion, c’est-à-dire de matière circumstellaire. Les éjectas de l’explosion traversant et interagissant avec cette matière circumstellaire peuvent produire une énergie lumineuse qui peut persister pendant des années, voire des décennies.
En bref, l’équipe essayait d’estimer combien de supernovae qu’ils ont observées ont évolué par désintégration radioactive par rapport à des mécanismes d’alimentation plus exotiques. Leurs résultats ont montré que SN 2012A, SN 2018zd et SN 2018aoq s’étaient estompés au point de ne plus être détectables dans les images Hubble Snapshot, alors que SN 2013ej, SN 2016gkg et SN 2017eaw s’étaient juste assez estompés. Par conséquent, ils pouvaient déduire dans les six cas que les géniteurs avaient disparu. Cependant, tous n’étaient pas le résultat d’une seule étoile massive subissant un effondrement du noyau.
Dans le cas de SN 2016gkg, les images acquises par la Wide Field Camera 3 (WFC3) de Hubble étaient d’une résolution spatiale et d’une sensibilité beaucoup plus élevées que les images de la galaxie hôte, précédemment prises par le désormais à la retraite WFC2. Cela leur a permis de théoriser que SN 2016gkg n’était pas le résultat d’une seule supernova à effondrement de cœur, mais d’une étoile progénitrice interagissant avec une étoile voisine. Dit Van Dyk :
“Ainsi, dans l’ancienne image, l’ancêtre ressemblait à une” étoile “, alors que dans les nouvelles images, nous pouvions voir que l’ancêtre devait être spatialement distinct de l’étoile voisine. Par conséquent, nous avons pu obtenir une meilleure estimation de la luminosité et de la couleur de l’ancêtre, désormais non contaminées par le voisin, et à partir de là, nous avons pu faire de nouvelles inférences sur les propriétés globales de l’ancêtre, ou, dans ce cas, l’ancêtre système, puisque nous avons caractérisé les nouveaux résultats en utilisant des modèles existants de systèmes d’étoiles binaires.
Plus précisément, ils ont déterminé que l’ancêtre appartenait à la classe des supernovae à «enveloppe rayée» (SESNe), dans laquelle l’enveloppe externe riche en hydrogène de l’étoile progénitrice a été supprimée de manière significative ou entièrement. Ils ont en outre estimé que l’ancêtre était le primaire et que son compagnon était probablement une étoile de la séquence principale. Ils ont même imposé des contraintes sur leurs masses respectives avant l’explosion (4,6 et 17-20,5 masses solaires, respectivement).
Après avoir consulté des images prises à peu près au même moment par un autre programme Snapshot, ils ont également remarqué quelque chose d’intéressant à propos de SN 2017eaw. Ces images indiquaient que cette supernova était particulièrement lumineuse dans la bande UV (un « excès d’ultraviolet »). En combinant ces images avec leurs données, Va Dyk et son équipe ont émis l’hypothèse que SN 2017eaw avait un excès de lumière dans les UV au moment où il a été observé, ce qui était probablement causé par l’interaction entre le choc de la supernova et le milieu circumstellaire autour de ce progéniteur.
L’équipe a également noté que la poussière créée par une explosion de supernova est un facteur de complication en raison de la façon dont elle se refroidit lorsqu’elle se dilate vers l’extérieur. Cette poussière, a déclaré Van Dyk, peut obscurcir la lumière provenant de sources éloignées et entraîner des complications avec les observations :
“La mise en garde ici, alors, est que l’étoile que nous avons vue avant l’explosion pourrait ne pas être du tout l’ancêtre, par exemple et – encore une fois, en raison des distances par rapport aux galaxies hôtes – cette étoile se trouve à quelques fractions de pixel de la progéniteur réel (physiquement, dans le voisinage immédiat du progéniteur), de sorte que, si la supernova a produit de la poussière, cette poussière recouvre effectivement à la fois la supernova et cette étoile voisine. C’est possible, mais pas démesurément probable. Et cela devient un argument plus difficile à faire valoir dans les quelques cas où rien n’est vu à la position de la supernova des années plus tard – comme nous le soulignons dans l’article, cela nécessiterait d’énormes quantités de poussière, ce qui est probablement physiquement impossible.
Retracer les origines des supernovae est l’une des nombreuses façons dont les astronomes peuvent en savoir plus sur le cycle de vie des étoiles. Grâce à des instruments améliorés, à la collecte de données et à la flexibilité, ils sont en mesure d’en révéler davantage sur la façon dont notre univers a évolué et continuera de changer au fil du temps.
Lectures complémentaires : arXiv
