courbes de lumière des supernovae

Dans une ruelle tranquille d'une galaxie, où les étoiles sont rares et vieilles, surgit soudain une lumière plus brillante qu'une galaxie entière. C'est une supernova de type Ia : l'explosion thermonucléaire d'une naine blanche, que les astronomes utilisent comme chandelle standard pour mesurer les distances cosmiques.

Après l'explosion d'une supernova, il reste au centre une boule dense de la taille d'une ville : une étoile à neutrons naissante. Elle est chaude, comprimée, et vibre comme une cloche après un coup.

À la fin de la vie d'une étoile massive, son cœur s'effondre en une fraction de seconde, donnant naissance à l'éclair d'une supernova. Ce cataclysme secoue l'espace-temps lui-même : il émet des ondes gravitationnelles, une ondulation qui traverse l'Univers.

17 supernovas de l'échantillon ZTF DR2 se sont allumées en avance sur le calendrier. Dans les premières heures et les premiers jours suivant l'explosion, elles ont émis plus de lumière que ne le prédisent les modèles standard.

Pendant des siècles, les astronomes ont scruté le ciel nocturne, guettant les moindres variations de luminosité des étoiles. Ces séries irrégulières — les courbes de lumière — sont comme des portées musicales : chaque étoile joue sa propre mélodie unique.

Une étoile massive termine sa vie par un effondrement spectaculaire : le cœur se comprime en étoile à neutrons ou en trou noir, tandis que les couches externes sont projetées dans une supernova éblouissante.

Dans la constellation du Scorpion, à 3000 années-lumière de la Terre, une étoile morte vole de la matière à une étoile vivante.

En avril 2021, dans une galaxie située à 35 mégaparsecs, une supernova SN 2021foa a explosé. Elle a immédiatement intrigué les astronomes : son spectre passait frénétiquement des raies de l'hydrogène à celles de l'hélium — comme si l'étoile, à l'agonie, se débarrassait convulsivement de ses couches externes.

Une casserole de bouillie bouillante, où au lieu de grains se trouvent des couches d'oxygène et de silicium, et où le feu en dessous est sur le point de s'éteindre, l'étoile s'effondrant sur elle-même.

Une lampe de poche n'éclaire pas en un cercle uniforme, mais en une tache brillante au centre et un halo flou sur les bords. Si on l'éteint rapidement, ce sont les bords qui s'éteignent en dernier — et la manière dont la lumière décline permet de deviner la forme du réflecteur.

Une allumette s'enflamme par les deux bouts. D'abord, la tête s'allume, puis, un instant plus tard, la flamme embrase le bâtonnet de bois. Quelque chose de semblable se produit peut-être dans certaines supernovae de type Ia — sauf qu'au lieu d'une allumette, il y a une naine blanche (une étoile de la taille de la Terre), et au lieu du feu, une explosion thermonucléaire.

Deux lampes dans une vitrine : l'une émet une lumière froide et bleutée, l'autre légèrement plus chaude, plus jaune. C'est à peu près l'image que donnent deux types de supernovae — Ib et Ic — lorsqu'on les observe au télescope.

L'explosion d'une supernova marque la mort d'une étoile massive, qui laisse derrière elle un nuage de gaz. Si beaucoup d'hydrogène est présent, l'onde de choc se propage comme un écho lointain.

Une tache solaire — île sombre sur la surface incandescente — respire. Toutes les trois minutes, une onde s'en échappe, court le long d'une arche magnétique invisible et fait briller le plasma au-dessus de la tache voisine en un signal radio. Sept de ces éruptions consécutives ont été captées par les radiotélescopes le 14 février 2024.

Un sursaut gamma, c'est comme un coup de canon cosmique. D'abord un bref éclair de lumière, puis une extinction. Mais à l'intérieur de cet éclair, tout n'est pas si simple : sa couleur et sa luminosité ne changent pas en même temps.

Au plus profond de la montagne japonaise d'Ikeno se trouve une cuve de cinquante mille tonnes d'eau ultrapure. On y capture des neutrinos — ces particules fantômes qui traversent la Terre de part en part sans presque la remarquer. Lorsqu'une étoile explose dans notre galaxie, les neutrinos arrivent les premiers, des heures avant la lumière.

Une lanterne lointaine brille à travers une vitre irrégulière. La vitre courbe les rayons, et au lieu d'une seule lumière sur le mur, on en voit plusieurs — certaines plus vives, d'autres plus faibles. C'est à peu près ce qui se passe quand une galaxie massive courbe la lumière d'une étoile en explosion. L'explosion était unique, mais sur les images, on distingue quatre points lumineux.

L'explosion d'une étoile massive est un événement brillant mais bref. L'éclair lui-même dure des semaines, mais la poussière qu'il a chauffée autour de l'étoile continue de briller en infrarouge pendant des années.

Lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision, une kilonova naît — une explosion cosmique qui brille non seulement par la chaleur, mais aussi par la désintégration d'éléments lourds fraîchement créés.

Quand une étoile massive a épuisé son carburant, elle se débarrasse de son enveloppe d'hydrogène et explose — comme un dernier souffle désespéré. C'est une telle supernova (de type Ib) que les astronomes ont observée.

Une onde de choc dans la couronne solaire ressemble à un bang supersonique d'avion, mais au lieu de l'air, c'est du plasma surchauffé, et au lieu du son, c'est un saut de densité et de champ magnétique. Le 10 mars 2024, une telle onde a traversé la partie ouest du disque solaire.

La lumière des étoiles lointaines, en traversant la poussière cosmique, perd une partie de son énergie. Les grains de poussière absorbent et diffusent la lumière, et la manière dont ils le font à différentes longueurs d'onde renseigne sur leur composition et leur taille. Les astronomes appellent cela la courbe d'absorption de la poussière.

Lorsqu'une étoile massive explose, elle projette dans l'espace d'immenses nuages de gaz. Ces nuages, appelés rémanents de supernova, peuvent s'étendre sur des centaines de milliers de milliards de kilomètres.

Lorsque deux noyaux de plomb entrent en collision à une vitesse énorme, un nuage de matière incandescente naît un instant — plus dense et plus chaud que le centre du Soleil. À travers ce nuage filent des jets de particules : des faisceaux étroits comme des rayons laser, arrachés par l'impact.

Les neutrinos sont des particules minuscules qui interagissent à peine avec la matière. Ils traversent une étoile sans encombre, comme des balles à travers un nuage. Lorsqu'une étoile massive se prépare à exploser, son noyau se contracte, la température augmente et des neutrinos commencent à s'en échapper.

Vingt-huit secondes – c'est le temps qu'il a fallu à une caméra automatique pour se pointer vers une lueur dans une constellation dont la lumière a mis plus de neuf milliards d'années à nous parvenir.

Le 31 décembre 2023, une éruption de classe supérieure s'est produite sur le Soleil — une de celles qui libèrent en quelques minutes l'énergie de milliards de bombes atomiques. Simultanément, une immense protubérance s'est détachée de la surface : un nuage de gaz surchauffé qui s'est éloigné du Soleil à près de 3000 kilomètres par seconde.

Au cœur d'une étoile mourante, huit fois plus massive que le Soleil, une fièvre silencieuse s'installe quelques jours avant l'explosion finale. Le noyau de l'étoile se contracte et s'échauffe, libérant des neutrinos – de minuscules particules qui interagissent à peine avec la matière.

L'étoile à neutrons 1E 161348-5055, dans le rémanent de supernova RCW 103, pulse avec une période de 6,67 heures. C'est très lent pour un objet aussi compact, et les astronomes ont longtemps peiné à comprendre ce qui se passe.

Une éclipse solaire totale offre de rares minutes où la Lune masque le disque brillant du Soleil, révélant son atmosphère externe, la couronne.

En octobre 2022, le détecteur spatial GECAM-C a enregistré le sursaut gamma le plus puissant jamais vu, GRB 221009A — une explosion qui est devenue, pendant un court instant, la source de rayons gamma la plus brillante du ciel.

Les neutrinos cosmiques sont des particules fantômes qui traversent la Terre sans encombre. Le télescope IceCube, enfoui dans les glaces de l'Antarctique, a un jour capté un tel neutrino, et il coïncidait avec une éruption infrarouge.

Certaines supernovae superlumineuses supernovae montrent une forte signature de l'oxygène dans leur lumière et se dilatent rapidement, d'autres non. On aurait dit des phénomènes différents.

Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes de l'Univers : une étoile mourante s'effondre en un trou noir, libérant des flux d'énergie. Cela arrive souvent après l'explosion d'une supernova.

Le 9 octobre 2022, les détecteurs terrestres ont enregistré un sursaut gamma d'une puissance inédite. GRB 221009A était si brillant que son rayonnement a ionisé les couches supérieures de l'ionosphère, et les instruments satellitaires ont été temporairement aveuglés.