supernova de type Ia

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.

L'Univers est un immense océan sombre. Nous ne voyons que l'écume lumineuse à sa surface — les étoiles et les galaxies. Et dans les profondeurs se cachent deux forces invisibles : la matière noire, qui par sa gravité empêche les galaxies de se disperser, et l'énergie noire, qui, au contraire, repousse l'espace lui-même, accélérant…

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.

Au plus profond de la terre, dans le silence d'un cryostat (un conteneur réfrigéré), reposent des cristaux de plomb qui faisaient autrefois partie d'un navire romain antique. Ce matériau est presque sans bruit de fond : en deux mille ans, les isotopes instables se sont désintégrés, et il est désormais parfaitement pur pour la chasse aux événements les plus rares.

Le six août 1181, des astronomes chinois remarquèrent une nouvelle étoile dans la constellation de Cassiopée. Elle brilla pendant 185 jours, s'éteignant lentement, puis disparut, ne laissant qu'une trace dans les annales.

Le chasseur de lumière ancienne — le télescope James Webb — a pointé ses miroirs vers une parcelle minuscule du ciel et a capté un étrange signal. L'objet, nommé de travail beacon_1420-$$5253_{4770}$$, a brillé puis s'est éteint.

L'orchestre cosmologique ne s'accorde pas sur un seul diapason. Il y a deux groupes d'instruments : les uns écoutent le bourdonnement du jeune univers — le fond diffus cosmologique, les autres lisent les notes sur les galaxies matures et les supernovae.

Une étoile massive ne s'éteint pas simplement — elle explose en supernova, laissant derrière elle un rémanent en expansion et une étoile à neutrons qui tourne furieusement — un pulsar.

L'Univers est plein d'invisible. Nous connaissons la matière noire par la rotation des galaxies et les lentilles gravitationnelles, mais sa nature nous échappe depuis un siècle.

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

Les supernovae de type Ia sont les accords finaux, éblouissants, de la symphonie de l'évolution stellaire : lorsqu'une naine blanche franchit la limite prédite par Subrahmanyan Chandrasekhar, elle explose avec une telle luminosité qu'elle éclipse un instant…

Deux étoiles éteintes, de la taille de la Terre mais chacune plus lourde que le Soleil, tournent l'une autour de l'autre en se rapprochant toujours plus, jusqu'à ce que l'une percute l'autre. Le choc déclenche une explosion thermonucléaire, et naît une supernova de type Ia. Ces éruptions servent de balises cosmiques pour mesurer les distances dans l'Univers.

Un feu qui atteint toujours la même température, que vous jetiez une allumette au centre de la bûche ou que vous enflammiez plusieurs brindilles sur les bords. C'est à peu près ce que font les supernovae de type Ia — ces explosions cosmiques que les astronomes utilisent comme règle pour mesurer les distances dans l'Univers.

On gonfle un ballon. D'abord, il se dilate rapidement, puis plus lentement, et soudain, il accélère à nouveau, comme si quelqu'un actionnait une pompe. C'est précisément ce qui semble se passer avec notre Univers.

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.

Le phare clignote régulièrement une fois par seconde. S'il se déplace en cercle, ses éclats arrivent tantôt un peu plus tôt, tantôt un peu plus tard – et trahissent un compagnon invisible. C'est exactement ainsi que les astronomes ont démasqué le compagnon caché de l'étoile IY Lyrae.

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.

En 1987, les astronomes ont observé l'éclat d'une supernova dans une galaxie voisine, le Grand Nuage de Magellan. Ce fut un cadeau rare : l'explosion était assez proche pour capturer non seulement la lumière, mais aussi les neutrinos (des particules quasi insaisissables qui traversent la Terre de part en part).

Les étoiles Be sont des astres en rotation rapide, dotés d'un disque de gaz brillant. En général, c'est une étoile compagne qui les fait tourner : en transférant de la matière, elle enroule l'étoile comme une balle dans un canon rayé. Mais il existe aussi des étoiles Be solitaires, sans compagnon — leur origine est longtemps restée une énigme.

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.

Des cosmologistes ont mesuré la vitesse à laquelle les galaxies lointaines s'éloignent dans différentes parties du ciel. Pour cela, ils ont utilisé deux types de « règles cosmiques » : les amas de galaxies et les explosions de supernovae d'un certain type.

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.

Au cœur de la constellation de l'Aigle se cache une nébuleuse qui ressemble à une bulle en expansion. Elle est soufflée par une minuscule étoile de la taille d'une ville — un pulsar qui effectue plusieurs rotations par seconde et perd de l'énergie de rotation.

Dans les entrailles d'une étoile mourante, avant l'explosion de la supernova, des réactions nucléaires déterminent quels éléments chimiques seront dispersés dans l'espace.

Au fin fond de la Galaxie naissent parfois des étoiles fugitives. Elles sont éjectées de leur place habituelle par une force monstrueuse : l'explosion d'une supernova. L'une de ces vagabondes vient d'être découverte : une étoile de la classe LP 40-365, un fragment de naine blanche ayant survécu à une explosion incomplète.

La lumière d'une étoile lointaine met des milliards d'années à nous parvenir, et pendant ce temps, l'Univers a le temps de s'étendre. Comment vérifier que nous comprenons correctement ce trajet ?

Dans les galaxies lointaines vivent de vieilles étoiles qui se gonflent et rougissent. Parmi elles, deux groupes ressemblent à des phares : les unes viennent tout juste d'allumer la combustion de l'hélium, les autres brûlent déjà du carbone et de l'oxygène.

La géante rouge de la constellation du Cygne s'est tellement dilatée que ses couches externes se déversent sur sa petite mais lourde voisine, une naine blanche. Le gaz tourbillonne autour de la naine comme l'eau autour d'un siphon de baignoire, puis s'y abat.

Deux étoiles orbitent l'une autour de l'autre. L'une d'elles est une naine blanche dense, de la taille de la Terre mais avec la masse du Soleil. Sa compagne est une étoile ordinaire qui transfère de la matière vers la naine.

En 2013 et en 2020, le même télescope à Hawaï a observé le rémanent d'une étoile explosée : Cassiopée A. Les images ont été prises dans la lumière du fer incandescent, comme si l'on photographiait des flux de métal invisibles filant à travers le cosmos. En sept ans, les astronomes ont repéré 263 amas denses — ce sont des débris éjectés par l'explosion.

La jeune planète AU Mic b a été surprise en train de se cacher derrière son étoile. Le télescope Spitzer a suivi la lueur infrarouge : lorsque la planète a disparu, la lumière totale du système a légèrement diminué. La différence n'était que de 171 parties par million — comme une goutte d'encre dans dix seaux d'eau.

Dans la poche d'une vieille veste, on trouve parfois un ticket de cinéma vieux de trois ans. On ne peut pas remonter le temps avec, mais on peut comprendre où son propriétaire est allé. Il en va de même pour les sous-naines chaudes — de minuscules étoiles en fin de vie qui brillent principalement dans l'ultraviolet. Leur lumière est comme ce ticket : elle raconte le passé, mais il est difficile de la déchiffrer.

Lorsqu'une étoile lointaine explose, sa lumière met des milliards d'années à nous parvenir. Les astronomes mesurent à quel point elle paraît faible et en déduisent la distance. Habituellement, on utilise pour cela des modèles complexes avec l'énergie sombre et d'autres mystères.

Les étoiles massives terminent leur vie par une explosion grandiose — une supernova. Leur cœur s'effondre en étoile à neutrons (une sphère ultra-dense où une cuillère à café de matière pèse un milliard de tonnes) ou en trou noir. Longtemps, on a cru que le type de supernova le plus courant était le lot des étoiles solitaires.

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 supernovae de type Ia sont comme des lampes de même puissance : plus la lumière est faible, plus la source est lointaine. Ces supernovae servent à mesurer les distances des galaxies lointaines. Mais la poussière cosmique, telle une vitre sale, atténue et teinte la lumière, ce qui fausse les calculs précis.

Les astronomes utilisent les supernovae de type Ia — des explosions thermonucléaires de naines blanches — comme « chandelles standard » : leur luminosité maximale a longtemps été considérée comme identique dans tous les coins de l'Univers.

Un ver luisant scintille pendant un dix-milliardième de seconde quelque part au-dessus de la taïga sibérienne. Impossible à voir à l'œil nu, mais l'installation TAIGA-HiSCORE, disséminée dans la vallée du district de Tounka en Bouriatie, a tenté de capturer exactement ce genre d'éclairs — non pas d'insectes, mais des profondeurs du cosmos.

Dans le havre tranquille de la bulle locale — une cavité de gaz chaud et raréfié autour du Soleil — une explosion a récemment retenti. Une supernova a brillé à quelques dizaines de parsecs de nous, et son écho résonne encore dans les environs, modifiant le paysage des rayons cosmiques.