Les supernovas sont parmi les événements les plus énergétiques et les plus puissants de l'Univers observable. Et alors que nous savons que les supernovas sont responsables de la création des éléments lourds nécessaires à tout, des planètes aux personnes en passant par les outils électriques, les scientifiques ont longtemps lutté pour déterminer la mécanique derrière l'effondrement soudain et l'explosion subséquente d'étoiles massives.
Maintenant, grâce à la mission NuSTAR de la NASA, nous avons nos premiers indices solides sur ce qui se passe avant qu'une étoile ne bouge.
L'image ci-dessus montre le reste de la supernova Cassiopeia A (ou Cas A pour faire court) avec les données NuSTAR en bleu et les observations de l'observatoire aux rayons X de Chandra en rouge, vert et jaune. C'est l'onde de choc laissée par l'explosion d'une étoile environ 15 à 25 fois plus massive que notre Soleil il y a plus de 330 ans *, et elle brille dans différentes longueurs d'onde de lumière en fonction des températures et des types d'éléments présents.
Des observations précédentes avec Chandra ont révélé des émissions de rayons X provenant de coques en expansion et de filaments de gaz chauds riches en fer dans le cas A, mais ils ne pouvaient pas regarder assez profondément pour avoir une meilleure idée de ce qui se trouve à l'intérieur de la structure. Ce n'est que lorsque le réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires de la NASA - c'est-à-dire NuSTAR à ceux qui savent - a tourné sa vision des rayons X sur le Cas A que les pièces du puzzle manquantes ont pu être trouvées.
Et ils sont faits de titane radioactif.
De nombreux modèles ont été créés (en utilisant des millions d'heures de supercalculateur) pour essayer d'expliquer les supernovas d'effondrement du cœur. L'un des principaux a l'étoile déchirée par des jets puissants tirant de ses pôles - quelque chose qui est associé à des sursauts gamma encore plus puissants (mais concentrés). Mais il ne semble pas que les jets aient été la cause de Cas A, qui ne présente pas de restes élémentaires dans ses structures de jet ... et en outre, les modèles s'appuyant uniquement sur les jets n'ont pas toujours abouti à une supernova à part entière.
Il s'avère que la présence d'amas asymétriques de titane radioactif profondément dans les coquilles de Cas A, révélée par des rayons X à haute énergie par NuSTAR, indique un processus étonnamment différent en jeu: un «ballottement» de matière au sein de l'ancêtre étoile qui déclenche une onde de choc, la déchirant finalement.
Regardez une animation de la façon dont ce processus se produit:
Le ballottement, qui se produit sur une période de quelques centaines de millisecondes seulement - littéralement en un clin d'œil - est comparable à de l'eau bouillante sur un poêle. Lorsque les bulles traversent la surface, la vapeur éclate.
Ce n'est que dans ce cas que l'éruption conduit à la détonation incroyablement puissante d'une étoile entière, projetant une onde de choc de particules de haute énergie dans le milieu interstellaire et dispersant une table périodique d'éléments lourds dans la galaxie.
Dans le cas de Cas A, le titane-44 a été éjecté, en touffes qui font écho à la forme de l'asymétrie de ballottement d'origine. NuSTAR a pu imager et cartographier le titane, qui brille aux rayons X en raison de sa radioactivité (et non parce qu'il est chauffé par des ondes de choc en expansion, comme d'autres éléments plus légers visibles par Chandra.)
"Jusqu'à ce que nous ayons NuSTAR, nous ne pouvions pas vraiment voir le cœur de l'explosion", a déclaré l'astronome Caltech Brian Grefenstette lors d'une téléconférence de la NASA le 19 février.
«Auparavant, il était difficile d'interpréter ce qui se passait dans le cas A, car le matériau que nous pouvions voir ne brille que dans les rayons X lorsqu'il est chauffé. Maintenant que nous pouvons voir les matières radioactives, qui brillent dans les rayons X quoi qu'il arrive, nous obtenons une image plus complète de ce qui se passait au cœur de l'explosion. »
- Brian Grefenstette, auteur principal, Caltech
D'accord, c'est génial, dites-vous. NuSTAR de la NASA a trouvé la lueur de titane dans les restes d'une étoile gonflée, Chandra a vu du fer, et nous savons qu'il a moussé et "bouilli" une fraction de seconde avant d'exploser. Et alors?
"Maintenant, vous devriez vous en soucier", a déclaré l'astronome Robert Kirshner du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "Les supernovae fabriquent les éléments chimiques, donc si vous avez acheté une voiture américaine, elle n'a pas été fabriquée à Détroit il y a deux ans; les atomes de fer dans cet acier ont été fabriqués lors d'une ancienne explosion de supernova qui s'est produite il y a cinq milliards d'années. Et NuSTAR montre que le titane qui se trouve dans la hanche de remplacement de votre oncle Jack a également été fabriqué dans cette explosion.
"Nous sommes tous des poussières d'étoiles, et NuSTAR nous montre d'où nous venons. Y compris nos pièces de rechange. Alors tu devrais te soucier de ça… et ton oncle Jack aussi.
Et ce ne sont pas seulement les supernovas à effondrement central que NuSTAR pourra enquêter. D'autres types de supernovas seront également examinés - dans le cas du SN2014J, un type Ia qui a été repéré dans M82 en janvier, même juste après leur apparition.
"Nous savons qu'il s'agit d'un type d'étoile naine blanche qui explose", a répondu Fiona Harrison, enquêteuse principale de NuSTAR, à Space Magazine lors de la téléconférence. «C'est une nouvelle très excitante… NuSTAR examine [SN2014J] depuis des semaines, et nous espérons pouvoir également dire quelque chose sur cette explosion.»
L'une des réalisations les plus précieuses des récentes découvertes NuSTAR est d'avoir un nouvel ensemble de contraintes observées à placer sur les futurs modèles de supernovas d'effondrement du cœur ... qui aideront à fournir des réponses - et probablement de nouvelles questions - sur la façon dont les étoiles explosent, même des centaines ou des milliers des années après qu'ils le fassent.
"NuSTAR est une science pionnière, et vous devez vous attendre à ce que lorsque vous obtenez de nouveaux résultats, cela ouvrira autant de questions que vous y répondrez", a déclaré Kirshner.
Lancé en juin 2012, NuSTAR est le premier télescope à rayons X à focalisation dure en orbite autour de la Terre et le premier télescope capable de produire des cartes d'éléments radioactifs dans des restes de supernova.
En savoir plus sur le communiqué de presse du JPL ici et écouter la conférence de presse complète ici.
* Comme Cas A réside à 11 000 années-lumière de la Terre, la date réelle de la supernova serait d'environ 11 330 ans. Donnez ou prenez quelques-uns.
