NASA, ESA, STScI, Wenlei Chen, Patrick Kelly
Au cours des dernières décennies, nous avons beaucoup mieux observé les supernovae au fur et à mesure qu’elles se produisent. Les télescopes en orbite peuvent désormais capter les photons de haute énergie émis et déterminer leur source, permettant à d’autres télescopes de faire des observations rapides. Et certains télescopes automatisés ont imagé les mêmes parties du ciel nuit après nuit, permettant aux logiciels d’analyse d’images de reconnaître de nouvelles sources de lumière.
NASA, ESA, STScI, Wenlei Chen, Patrick Kelly
Mais parfois, la chance joue toujours un rôle. Il en va de même avec une image Hubble de 2010, où l’image capturait également une supernova. Mais, en raison de la lentille gravitationnelle, l’événement unique s’est produit à trois endroits différents dans le champ de vision de Hubble. Grâce aux bizarreries du fonctionnement de cette lentille, les trois lieux ont capturé différents fois après l’explosion de l’étoile, permettant aux chercheurs de reconstituer le cours du temps suivant la supernova, même si elle avait été observée plus d’une décennie plus tôt.
J’en aurai besoin en trois exemplaires
Le nouveau travail est basé sur une recherche dans les archives de Hubble d’anciennes images qui capturent des événements transitoires : quelque chose qui est présent dans certaines images d’un lieu mais pas dans d’autres. Dans ce cas, les chercheurs recherchaient spécifiquement des événements qui avaient été focalisés gravitationnellement. Celles-ci se produisent lorsqu’un objet massif au premier plan déforme l’espace d’une manière qui crée un effet de lentille, courbant le chemin de la lumière provenant de derrière la lentille du point de vue de la Terre.
Parce que les lentilles gravitationnelles sont loin d’être aussi soigneusement structurées que celles que nous fabriquons, elles créent souvent des distorsions étranges des objets d’arrière-plan ou, dans de nombreux cas, les agrandissent à plusieurs endroits. C’est ce qui semble s’être passé ici, car il y a trois images distinctes d’un événement transitoire dans le champ de vision de Hubble. D’autres images de cette région indiquent que le site coïncide avec une galaxie ; une analyse de la lumière de cette galaxie suggère un décalage vers le rouge indiquant que nous la regardons telle qu’elle était il y a plus de 11 milliards d’années.
Compte tenu de sa luminosité relative, de son apparence soudaine et de son emplacement dans une galaxie, il est fort probable que cet événement soit une supernova. Et, à cette distance, de nombreux photons de haute énergie produits dans une supernova ont été décalés vers le rouge vers la zone visible du spectre, leur permettant d’être imagés par Hubble.
Pour en savoir plus sur la supernova de fond, l’équipe a travaillé sur le fonctionnement de la lentille. Il a été créé par un amas de galaxies appelé Abell 370, et la cartographie de la masse de cet amas leur a permis d’estimer les propriétés de la lentille qu’il a créée. Le modèle de lentille résultant indiquait qu’il y avait en fait quatre images de la galaxie, mais qu’une n’était pas suffisamment agrandie pour être visible ; les trois qui étaient visibles ont été agrandies par des facteurs de quatre, six et huit.
Mais le modèle a en outre indiqué que la lentille a également influencé le moment de l’arrivée de la lumière. Les lentilles gravitationnelles forcent la lumière à emprunter des chemins entre la source et l’observateur avec des longueurs différentes. Et, puisque la lumière se déplace à une vitesse fixe, ces différentes longueurs signifient que la lumière prend un temps différent pour arriver ici. Dans les circonstances que nous connaissons, il s’agit d’une différence imperceptiblement minime. Mais à l’échelle cosmique, cela fait une différence dramatique.
Encore une fois, en utilisant le modèle de lentille, les chercheurs ont estimé les retards probables. Par rapport à la première image, la deuxième plus ancienne avait un retard de 2,4 jours et la troisième un retard de 7,7 jours, avec une incertitude d’environ un jour sur toutes les estimations. En d’autres termes, une seule image de la région a produit ce qui était essentiellement un parcours temporel de quelques jours.
Ca c’était quoi?
En vérifiant ces données Hubble par rapport aux différentes classes de supernovae que nous avons imagées dans l’Univers moderne, elles étaient susceptibles d’être produites par l’explosion d’une étoile supergéante rouge ou bleue. Et les propriétés détaillées de l’événement correspondaient bien mieux à une supergéante rouge, qui faisait environ 500 fois la taille du Soleil au moment de son explosion.
L’intensité de la lumière à différentes longueurs d’onde fournit une indication de la température de l’explosion. Et la première image indique qu’elle était d’environ 100 000 Kelvin, ce qui suggère que nous l’avons regardée seulement six heures après son explosion. La dernière image lentille montre que les débris s’étaient déjà refroidis à 10 000 K au cours des huit jours entre les deux images différentes.
De toute évidence, il existe des supernovae plus récentes et plus proches que nous pouvons étudier de manière beaucoup plus détaillée si nous voulons comprendre les processus qui entraînent l’explosion d’une étoile massive. Si nous sommes capables de trouver plus de ces supernovae à lentilles dans un passé lointain, cependant, nous pourrons en déduire des choses sur la population d’étoiles qui étaient présentes bien plus tôt dans l’histoire de l’Univers. Pour le moment, cependant, ce n’est que le deuxième que nous avons trouvé. Les auteurs de l’article qui le décrit s’efforcent de tirer des conclusions, mais il est clair que celles-ci auront une incertitude plus élevée.
Donc, à bien des égards, cela ne nous aide pas à faire des progrès majeurs dans la compréhension de l’Univers. Mais comme exemple des conséquences étranges des forces qui régissent le comportement de l’Univers, c’est assez impressionnant.
La nature2022. DOI : 10.1038/s41586-022-05252-5 (À propos des DOI).
