Supernova : voir une image 3D du matériau éjecté d’une explosion d’étoile

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Une supernova d’environ 1 000 ans a été capturée dans des images 3D qui révèlent des détails inédits des éléments éjectés lorsqu’une étoile explose. L’analyse des données du Multi-Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) et du X-shooter sur le Very Large Telescope (VLT) de l’Observatoire européen austral (ESO) offre de nouvelles informations sur la façon dont les étoiles s’autodétruisent.

Dans cette étude, publiée dans l’Astrophysical Journal ce mercredi (8), rédigée par l’astrophysicien du Royal Stockholm Institute of Technology (KTH), Josefin Larsson, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Stockholm, de l’Université de Warwick et de l’ESO, la supernova connue sous le nom de SNR 0540-69,3 a été observée.

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Distribution 3D du matériau éjecté de la supernova SNR 0540-69,3. Image : Josefin Larsson

C’est l’une des supernovae les plus connues parmi les observateurs du ciel, grâce à sa relative proximité avec le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine située à environ 160 000 années-lumière de la Terre.

Dans cette nouvelle approche, il est possible de voir la distribution de la matière éjectée du SNR 0540-69,3 avec des détails sans précédent, ce qui a conduit à deux nouvelles découvertes : un grand anneau d’oxygène autour des régions les plus internes du reste de la supernova et une mystérieuse bulle de de l’hydrogène différent de tout ce qui a été vu auparavant dans les autres vestiges de cette étoile morte.

Selon Larsson, son étude fournit une carte tridimensionnelle de la distribution des éléments éjectés, sous la forme d’anneaux et d’amas qui contiennent des informations importantes sur l’étoile mère et le mécanisme d’explosion.

Un modèle 3D de la matière éjectée par la supernova permet de comprendre l’effondrement d’une étoile

Larsson et ses coéquipiers ont réalisé une cartographie 3D qui permet aux chercheurs de tester des modèles théoriques, ajoutant à l’ensemble croissant de preuves que de telles structures sont des caractéristiques omniprésentes de l’éjection de supernova.

Une animation de la distribution 3D de la matière éjectée de la supernova SNR 0540-69,3. L’oxygène peut être vu en gris et l’hydrogène en turquoise et rouge. L’oxygène dans la région la plus interne a été retiré de sorte que seul l’anneau externe est affiché. Un cercle rouge est inclus pour référence. La bulle d’hydrogène nouvellement découverte est visible dans le coin inférieur gauche. Crédit : Josefin Larsson

« Ce matériau éjecté voyage depuis un millier d’années – il s’agit d’une expansion libre depuis l’explosion », explique Larsson. « Donc, cela nous renseigne en fait sur les conditions au moment de l’explosion. »

Pour le chercheur, les résultats mettent en évidence l’importance des asymétries et du mélange dans les explosions de supernova. « Ce que nous voyons dans l’explosion, c’est que tous les éléments se mélangent. La structure d’origine de l’étoile est brisée et manifestement non symétrique », explique Larsson.

Grâce à la fusion, les étoiles évoluent pour former des éléments plus lourds à leur noyau, à mesure que les noyaux se combinent en des plus lourds. L’évolution, selon Larsson, ressemble à un oignon, avec des couches d’éléments progressivement plus lourds se formant vers l’intérieur.

Lorsqu’une étoile explose, le noyau le plus interne s’effondre pour former une étoile à neutrons – mais les couches externes de soufre, d’argon, d’oxygène et d’hydrogène, entre autres éléments, sont mélangées et éjectées dans ce que Larsson décrit comme une « distribution asymétrique d’anneaux et d’agglomérats » .

Des anneaux de matière éjectée ont été observés dans un petit nombre d’autres restes de supernova à proximité, mais ce cas particulier ajoute de nouvelles informations précieuses en révélant des anneaux à petite échelle dans les régions les plus internes d’une manière jamais vue dans les cas précédents.

Larsson serait intrigué par l’origine de la bulle d’hydrogène. « Est-ce que cela fait partie du matériau éjecté lors de l’explosion ? » elle demande: « Ou peut-être qu’il a été soufflé des couches externes d’une étoile compagnon binaire. »

« Les explosions de supernova sont essentielles pour comprendre le contenu de l’univers », dit-elle. « Ils ont répandu des éléments formés dans l’étoile et dans l’explosion elle-même. Sans étoiles et supernovae, nous n’aurions essentiellement que de l’hydrogène et de l’hélium dans l’univers. »

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