En seulement trois semaines depuis sa découverte le 21 janvier 2014, beaucoup de choses ont été apprises sur la nouvelle supernova SN 2014J dans Messier 82, la galaxie «Cigare». En plus de la confirmation précoce basée sur son spectre qu'il s'agit bien d'une supernova de type Ia, elle est maintenant considérée comme l'explosion de type Ia la plus proche de notre galaxie de la Voie lactée depuis 1986.
Sa proximité unique fait à elle seule de SN 2014J la supernova la plus importante jamais observée. Cela affectera notre compréhension à la fois de la classe de supernovae de type Ia et de l'Univers dans son ensemble, car la taille, l'âge et le destin ultime de notre Univers sont intimement liés aux observations de supernovae de type Ia, et parce que la précision avec laquelle ils peuvent être appliqué pour estimer les distances à l'échelle universelle dépend essentiellement des exemples les plus proches. SN 2014J est très susceptible de rester le point d'ancrage le plus proche dans l'échelle de distance basée sur les supernovae de type Ia pour les décennies à venir.
«Étant la supernova la plus proche de ce type, SN 2014J nous aidera à mieux calibrer l'expansion de l'Univers», a déclaré Adam Riess, co-leader du projet Supernova H0 pour l'équation d'État (SHOES) et co-vainqueur du Prix Nobel de physique 2011.
Les observations des supernovae de type Ia ont conduit à la découverte que notre univers est principalement constitué d'énergie sombre et que son taux d'expansion s'accélère apparemment. Cette découverte a valu le prix Nobel de physique 2011 pour Riess, Saul Perlmutter et Brian Schmidt.
Mesurer de plus en plus précisément le taux d'expansion exact de notre univers a été le Saint Graal de la cosmologie depuis la découverte de l'expansion par Hubble en 1929. Le type Ia est parfait pour sonder les distances à l'échelle cosmologique, car ces explosions stellaires ne se produisent que lorsque les étoiles naines blanches dépassent une certaine masse critique, équivalent à 1,4 masses solaires.
En conséquence, la plupart des supernova de type Ia explosent avec à peu près la même amplitude intrinsèque ou absolue. Ils fournissent donc un type unique de "bougie standard", par lequel toute supernova de type Ia observée comme étant cent fois plus faible qu'une autre peut être comprise comme étant exactement dix fois plus éloignée que l'autre. Dans la pratique, des différences subtiles entre les supernovae de type Ia réelles, représentant environ dix pour cent en moyenne dans leur effet net sur les estimations de distance, sont prises en compte. Techniquement, les supernova de type Ia fournissent donc des «bougies normalisables».
Les supernovae normales de type Ia sont bien comprises. Quelques jours seulement après sa découverte, Robert Quimby de l'Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l'univers à l'Université de Tokyo a pu prédire la magnitude apparente maximale de m_V = 10,5 et l'heure de la luminosité maximale du 2 février pour SN 2014J, plus d'une semaine avant leur apparition. Comme le montrent les observations maintenant disponibles, comme le résume la courbe de lumière disponible grâce à l’American Association of Variable Star Observers, la prédiction de Quimby basée sur les courbes de lumière d’autres supernova de type Ia similaire était exacte (voir la figure 1 ci-dessous).
Alors que SN 2014J est une supernova normale de type Ia, sa courbe de lumière révèle qu'elle est fortement rougie, comme obscurcie et obscurcie par de grandes quantités de poussière présentes et intervenant dans sa galaxie hôte. La quantité de rougissement est indiquée par la différence entre les magnitudes bleue et visuelle. Connue sous le nom d'extinction, mesurée comme E = (B-V), pour SN 2014J, l'extinction s'élève à ~ 1,3 mag. Cela se compare à la prochaine supernova récente de type Ia, SN 2011fe dans la galaxie Messier 101, à 23 millions d'années-lumière (7,0 mégaparsèques). La courbe de lumière montre que le SN 2011fe était très peu rougi en comparaison, c'est-à-dire que le spectre et la couleur sont normaux.
La date de la première lumière de l'explosion de SN 2014J est désormais fixée au 14 janvier 72 UT, environ une semaine avant la découverte le 21 janvier. Cela a été rapporté dans l'un des deux articles au moins déjà publiés en ligne concernant SN 2014J, celui de WeiKang Zheng et al., et qui a déjà été soumis à Astrophysical Journal Letters (voir e-print ici). SN 2014J est l'une des quatre supernova de type Ia avec des observations dès le lendemain de la première lumière, les autres, y compris SN 2011fe, et SN 2009ig dans la galaxie NGC 1015 à 130 millions d'années-lumière (41 mégaparsèques), et SN 2013dy dans galaxie NGC 7250 à 46 millions d'années-lumière (14 mégaparsèques).
Deux rivaux pour les supernovae récentes de type Ia les plus proches, SN 1972E dans la galaxie NGC 5253 et SN 1986G dans NGC 5128, la galaxie Centaurus A, ont été cités tôt. Cependant, ni l'un ni l'autre ne sont directement considérés comme pertinents pour le point zéro de l'échelle de distance actuelle, car ni les observations modernes, complètes, multi-bandes et multi-époques, y compris les observations pré-maximales, qui sont essentielles pour définir les supernovae de type point zéro Ia, et les données qui est maintenant en cours de collecte pour SN 2014J. Par exemple, SN 2002fk dans la galaxie NGC 1309 à 100 millions d'années-lumière (31 mégaparsèques) est l'une des huit supernovae de type Ia utilisées comme calibrateurs à point zéro, en raison de leurs données complètes, multi-époques et multibandes de courbe de lumière, comme employé par exemple par Riess et al. (voir: 2011ApJ… 730..119R).
En ce qui concerne la supernova récente de type Ia, qui était relativement proche, les distances aux galaxies impliquées peuvent être estimées sur la base de l'analyse de la quasi-totalité des estimations de distance indépendantes du décalage vers le rouge qui ont été publiées pour les galaxies depuis 1980, ce qui signifie à l'ère moderne en utilisant des CCD et y compris des observations basées sur le télescope spatial Hubble de la NASA. De telles estimations de distance de galaxie sont tabulées dans la base de données extragalactique NASA / IPAC des distances de galaxie (NED-D).
Le Galaxy Messier 82, l'hôte de SN 2014J, est situé à 12,0 millions d'années-lumière (3,6 mégaparsèques), sur la base de la moyenne de trois types d'indicateur de distance utilisant 8 estimations différentes. L'écart type entre ces indicateurs est d'environ 10%.
Le Galaxy NGC 5128, l'hôte de SN 1986G, est également situé à 12,0 millions d'années-lumière, sur la base de 11 indicateurs différents utilisant 46 estimations de distance différentes, et également avec un écart-type parmi les indicateurs de ~ 10%. Donc, à la précision des indicateurs, les deux supernova se sont produites à essentiellement la même distance, confirmant que SN 2014J est la plus proche depuis SN 1986G. Le Galaxy NGC 5253, l'hôte de SN 1972E, est en fait la galaxie la plus proche, à 11,0 millions d'années-lumière (3,4 mégaparsèques) connue pour avoir hébergé une supernova de type Ia à l'ère moderne, sur la base de 6 indicateurs avec 48 estimations.
La prise en compte de sa gradation due à la poussière du Messier 82 n'est qu'une partie de plusieurs impliquées dans l'application des données de SN 2014J pour estimer sa distance. Les observations futures de son amplitude décroissante révéleront sa courbe de lumière complète. Cela permettra d'estimer son temps de déclin et ses facteurs d'étirement de la courbe de lumière. Une fois ceux-ci en main, dans les quelques semaines à plusieurs semaines tout au plus, le SN 2014J commencera son utilisation comme point d'ancrage de supernova de type Ia le plus proche.
Plus jalon qu'une pierre de Rosette, le SN 2014J aura néanmoins un impact sur l'héritage durable des futures applications des observations de supernova de type Ia en cosmologie. Il sera particulièrement important d'améliorer l'utilisation de la supernova de type Ia comme indicateurs de distance cosmologiques. Cela est important pour les projets en cours, y compris le projet SHOES, le programme Carnegie Hubble et d'autres, qui visent tous à mesurer le taux d'expansion de l'Univers ou la constante de Hubble avec une précision meilleure que 1% au cours de la prochaine décennie. Ce niveau de précision est nécessaire pour comprendre non seulement la taille et l'âge exacts de notre univers, mais également l'équation d'État exacte régissant l'énergie totale de notre univers, y compris son énergie sombre.
