Lorsque les étoiles atteindront la fin de leur cycle de vie, beaucoup souffleront de leurs couches externes dans un processus explosif connu sous le nom de supernova. Alors que les astronomes ont beaucoup appris sur ce phénomène, grâce à des instruments sophistiqués capables de les étudier dans plusieurs longueurs d'onde, il y a encore beaucoup de choses que nous ne savons pas sur les supernovae et leurs restes.
Par exemple, il reste des questions non résolues sur les mécanismes qui alimentent les ondes de choc résultantes d'une supernova. Cependant, une équipe internationale de chercheurs a récemment utilisé des données obtenues par l'observatoire Chandra X-Ray d'une supernova voisine (SN1987A) et de nouvelles simulations pour mesurer la température des atomes dans l'onde de choc résultante.
L'étude, intitulée «Chauffage par choc sans collision des ions lourds dans SN 1987A», a récemment paru dans la revue scientifique La nature. L'équipe était dirigée par Marco Miceli et Salvatore Orlando de l'Université de Palerme, en Italie, et était composée de membres de l'Institut national d'astrophysique (INAF), de l'Institut pour les problèmes appliqués en mécanique et mathématiques, et de l'État de Pennsylvanie et de l'Université Northwestern. .
Pour les besoins de leur étude, l'équipe a combiné les observations de Chandra du SN 1987A avec des simulations pour mesurer la température des atomes dans l'onde de choc de la supernova. Ce faisant, l'équipe a confirmé que la température des atomes est liée à leur poids atomique, un résultat qui répond à une question de longue date sur les ondes de choc et les mécanismes qui les alimentent.
Comme David Burrows, professeur d'astronomie et d'astrophysique à Penn State et co-auteur de l'étude, a déclaré dans un communiqué de presse de Penn State:
«Les explosions de supernova et leurs restes fournissent des laboratoires cosmiques qui nous permettent d'explorer la physique dans des conditions extrêmes qui ne peuvent pas être reproduites sur Terre. Les télescopes et instruments astronomiques modernes, au sol et dans l'espace, nous ont permis d'effectuer des études détaillées sur les restes de supernova dans notre galaxie et les galaxies proches. Nous avons effectué des observations régulières du reste de supernova SN1987A à l'aide de l'Observatoire de rayons X Chandra de la NASA, le meilleur télescope à rayons X au monde, depuis peu de temps après le lancement de Chandra en 1999, et avons utilisé des simulations pour répondre à des questions de longue date sur les ondes de choc. »
Lorsque de plus grandes étoiles subissent un effondrement gravitationnel, l'explosion qui en résulte propulse le matériau vers l'extérieur à des vitesses pouvant atteindre un dixième de la vitesse de la lumière, poussant les ondes de choc dans le gaz interstellaire environnant. Là où l'onde de choc rencontre le gaz lent qui entoure l'étoile, vous avez le «front de choc». Cette zone de transition chauffe le gaz frais à des millions de degrés et conduit à l'émission de rayons X qui peuvent être observés.
Depuis quelque temps, les astronomes s’intéressent à cette région de l’onde de choc d’une supernova, car elle marque la transition entre la force explosive d’une étoile mourante et le gaz environnant. Comme Burrows l'a comparé:
«La transition est similaire à celle observée dans un évier de cuisine lorsqu'un jet d'eau à grande vitesse frappe le bassin de l'évier, coulant doucement vers l'extérieur jusqu'à ce qu'il saute brusquement en hauteur et devienne turbulent. Les fronts de choc ont été étudiés de manière approfondie dans l'atmosphère terrestre, où ils se produisent sur une région extrêmement étroite. Mais dans l'espace, les transitions de choc sont progressives et peuvent ne pas affecter les atomes de tous les éléments de la même manière. »
En examinant les températures de différents éléments derrière le front de choc d'une supernova, les astronomes espèrent améliorer notre compréhension de la physique du processus de choc. Alors que les températures des éléments étaient censées être proportionnelles à leur poids atomique, l'obtention de mesures précises a été difficile. Non seulement les études précédentes ont conduit à des résultats contradictoires, mais elles n'ont pas non plus inclus les éléments lourds dans leurs analyses.
Pour y remédier, l'équipe a examiné la Supernova SN1987A, qui est située dans le Grand Nuage de Magellan et est apparue pour la première fois en 1987. En plus d'être la première supernova visible à l'œil nu depuis la Supernova de Kepler (1604), c'était la premier à être étudié dans toutes les longueurs d'onde de la lumière (des ondes radio aux rayons X et aux ondes gamma) avec des télescopes modernes.
Alors que les modèles précédents de SN 1987A reposaient généralement sur des observations uniques, l'équipe de recherche a utilisé des simulations numériques tridimensionnelles pour montrer l'évolution de la supernova. Ils les ont ensuite comparés aux observations aux rayons X fournies par Chandra pour mesurer avec précision les températures atomiques, ce qui a confirmé leurs attentes.
"Nous pouvons maintenant mesurer avec précision les températures d'éléments aussi lourds que le silicium et le fer, et nous avons montré qu'ils suivent effectivement la relation que la température de chaque élément est proportionnelle au poids atomique de cet élément", a déclaré Burrows. "Ce résultat règle un problème important dans la compréhension des ondes de choc astrophysiques et améliore notre compréhension du processus de choc."
Cette dernière étude représente une étape importante pour les astronomes, les rapprochant d'une compréhension de la mécanique d'une supernova. En dévoilant leurs secrets, nous pouvons en apprendre davantage sur un processus qui est fondamental pour l'évolution cosmique, c'est-à-dire comment la mort des étoiles a un impact sur l'Univers environnant.
