Une étoile récemment découverte, devenue supernova, a éjecté jusqu'à une masse solaire de matière au cours de l'année précédant son explosion, remettant en question les théories standards de l'évolution stellaire. Les nouvelles observations donnent aux astronomes un aperçu de ce qui se passe au cours de la dernière année d'une étoile avant qu'elle ne meure et n'explose.

Un an avant de devenir supernova, l'étoile supergéante rouge désormais connue sous le nom de SN2023ixf a perdu de manière inattendue l'équivalent de la masse du Soleil. La conception de cet artiste montre ce qui pourrait se produire dans les dernières étapes de la perte de masse avant l'explosion d'une étoile. Crédit image : Melissa Weiss/CfA.

Supernovae à effondrement du noyau et SN2023ixf

SN2023ixf est une nouvelle supernova de type II découverte par l'astronome amateur Koichi Itagaki dans la préfecture de Yamagata, au Japon, en mai 2023, peu après l'explosion de son étoile d'origine ou d'origine. SN2023ixf est situé dans la galaxie de la roue des pins, à environ 20 millions d'années-lumière de la Terre. Elle est très proche de la Terre, la supernova est extrêmement brillante et son âge est très jeune, ce qui en fait un trésor de données observables pour les scientifiques qui étudient la mort d'étoiles massives lors d'explosions de supernova.

Lorsque la masse d’une étoile supergéante rouge est au moins 8 fois supérieure à celle du Soleil, et peut atteindre jusqu’à 25 fois celle du Soleil, elle s’effondre sous son propre poids et explose. Il s’agit d’une supernova de type II ou d’une supernova à effondrement du noyau. Bien que SN2023ixf corresponde à la description du type II, des observations de suivi à plusieurs longueurs d'onde menées par des astronomes de Harvard et du Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), ainsi qu'à l'aide de divers télescopes CfA, ont découvert un comportement nouveau et inattendu.

SN2023ixf est une jeune supernova découverte plus tôt cette année par l'astronome amateur Koichi Itagaki dans la préfecture de Yamagata, au Japon. C’est l’une des supernovae de type II les plus proches depuis une décennie et l’une des supernovae les plus brillantes à ce jour. Le rendu de cet artiste montre la brillante explosion de SN2023ixf, qui a suivi une perte de masse inattendue que les astronomes n'avaient jamais vue auparavant. Crédit photo : Melissa Weiss/CfA

Une supernova avec effondrement du noyau produit un éclair de lumière quelques heures après être devenue supernova, lorsque l'onde de choc de l'explosion atteint le bord extérieur de l'étoile. Cependant, la courbe de lumière produite par SN2023ixf ne semble pas conforme à ce comportement attendu. Pour mieux comprendre l'impact du SN2023ixf, une équipe de scientifiques dirigée par Daichi Hiramatsu, chercheur postdoctoral au CfA, a analysé les données du télescope Tillinghast de 1,5 mètre, du télescope de 1,2 mètre et du CfA en Arizona. Données du MMT de l'Observatoire Fred Lawrence Whipple de FA, ainsi que données du Global Supernova Project (un projet important de l'Observatoire de Las Cumbres), de l'Observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA et bien d'autres. L'étude multi-longueurs d'onde, publiée cette semaine dans The Astrophysical Journal Letters, montre que contrairement aux attentes et à la théorie de l'évolution stellaire, l'impact de SN2023ixf a été retardé de plusieurs jours.

Effets d'une explosion de choc retardée

"L'explosion de choc retardée est une preuve directe de la présence d'un matériau dense produit par une perte de masse récente", a déclaré Hiramatsu, ajoutant qu'une perte de masse aussi extrême n'est pas typique des supernovae de type II. Nos nouvelles observations montrent que la perte de masse au cours de la dernière année précédant l'explosion était énorme et inattendue – proche de la masse du Soleil. "

Prise avec le télescope de 1,2 m de l'observatoire Fred Lawrence Whipple du CfA le 27 juin 2023, un peu plus d'un mois après l'explosion de l'étoile progénitrice de SN2023ixf, cette image composite combine la lumière verte, rouge, proche infrarouge et infrarouge pour mettre en évidence SN2023ixf et la galaxie Pinwheel. SN2023ixf est situé dans l’un des bras spiraux de la Voie Lactée, là où les étoiles massives devraient exploser. Source : S. Gomez/STScI

SN2023ixf remet en question la compréhension des astronomes de l'évolution des étoiles massives et de leur évolution en supernovae. Alors que les scientifiques savent que les supernovae d’effondrement du noyau sont les principaux points d’origine de la formation et de l’évolution des atomes, des étoiles à neutrons et des trous noirs dans l’univers, on en sait moins sur les années précédant l’explosion d’une étoile. De nouvelles observations suggèrent qu'une instabilité peut survenir au cours des dernières années de la vie d'une étoile, entraînant une perte de masse extrême. Cela pourrait être lié aux dernières étapes de la combustion nucléaire d’éléments de haute qualité tels que le silicium présent dans le noyau stellaire.

Autres observations et coopération

Tout en effectuant des observations multi-longueurs d'onde dirigées par Daichi Hiramatsu, Edo Berger, professeur d'astronomie et mentor à l'Université de Harvard et au CfA, a effectué des observations à ondes millimétriques de cette supernova à l'aide du réseau submillimétrique (SMA) du CfA au sommet du Mauna Kea, à Hawaï. Les données, publiées dans The Astrophysical Journal Letters, suivent directement les collisions entre les débris de supernova et les matériaux denses perdus avant l'explosion.

"Le timing de l'explosion du SN2023ixf était parfait", a déclaré Berger. "Il y a quelques jours à peine, nous avons lancé un nouveau programme ambitieux de trois ans pour étudier les explosions de supernova avec SMA, et cette passionnante supernova proche était notre première cible." La seule façon de comprendre le comportement des étoiles massives au cours des dernières années de leur vie jusqu’à leur explosion est de repérer les supernovae lorsqu’elles sont très jeunes, de préférence à proximité, et de les étudier à diverses longueurs d’onde. À l’aide de télescopes optiques et à ondes millimétriques, nous avons effectivement transformé SN2023ixf en une machine à voyager dans le temps, reconstruisant à quoi il ressemblait avant sa mort. "

Ce que signifie être un astronome amateur

La découverte de cette supernova elle-même, et les travaux qui ont suivi immédiatement, revêtent une grande importance pour les astronomes du monde entier, y compris ceux qui mènent des recherches scientifiques dans leur propre cour. Itagaki a découvert la supernova le 19 mai 2023 dans un observatoire privé d'Okayama, au Japon. Les données combinées d'Itagaki et d'autres astronomes amateurs ont déterminé l'heure de l'explosion à deux heures près, donnant ainsi une longueur d'avance aux recherches des astronomes professionnels du CfA et d'autres observatoires. Les astronomes du CfA continuent de collaborer avec Itagaki sur les observations optiques en cours.

Daichi Hiramatsu a déclaré : « La collaboration entre astronomes amateurs et professionnels a une longue tradition de succès dans le domaine des supernovae. Dans le cas de SN2023ixf, j'ai reçu un e-mail urgent de Koichi Itagaki immédiatement après sa découverte de SN2023ixf.