Des chercheurs viennent de mettre en lumière un phénomène stellaire particulièrement rare et puissant. Selon Futura Sciences, une équipe internationale d'astrophysiciens a identifié, dans les archives du télescope spatial Fermi de la Nasa, la première émission gamma associée à une supernova superlumineuse, un type d'explosion stellaire pouvant atteindre une luminosité 100 fois supérieure à celle des supernovae classiques.

Ce qu'il faut retenir

  • Une supernova superlumineuse, nommée SN 2017egm, a été observée pour la première fois avec des émissions gamma plusieurs mois après son explosion, selon Futura Sciences.
  • Cette découverte, publiée dans Astronomy & Astrophysics, pourrait aider à résoudre les énigmes entourant ces phénomènes extrêmes, qui restent encore mal compris.
  • Les supernovas superlumineuses, aussi appelées hypernovae, sont associées à l'effondrement d'étoiles massives et à la formation d'un objet compact, comme une étoile à neutrons ou un trou noir.
  • Deux modèles principaux s'affrontent pour expliquer ces explosions : l'interaction avec un milieu circumstellaire ou la présence d'un magnétar, une étoile à neutrons dotée d'un champ magnétique intense.
  • L'émission gamma détectée par Fermi pourrait favoriser l'hypothèse du magnétar, selon Fabio Acero, chercheur CNRS au CEA et principal auteur de l'étude.
  • À l'avenir, des observations complémentaires pourraient être réalisées avec le Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), actuellement en construction au Chili et aux Îles Canaries.

Les supernovas superlumineuses, un mystère encore à percer

L'observation des supernovas n'est pas nouvelle pour les astronomes. Depuis des siècles, ces explosions d'étoiles, visibles comme de nouvelles étoiles dans le ciel, intriguent les scientifiques. Ce n'est qu'au début du XXe siècle que les travaux des astrophysiciens Fritz Zwicky et Walter Baade ont permis de comprendre leur nature, en les associant à l'effondrement gravitationnel d'étoiles massives. Les supernovas classiques, divisées en types I et II selon leurs caractéristiques spectrales, ont ainsi révélé une partie de leurs secrets.

Cependant, depuis les années 2010, les chercheurs ont découvert un nouveau type d'explosion encore plus lumineuse : les supernovas superlumineuses, ou SLSN (pour superluminous supernovae). Ces phénomènes, pouvant être 100 fois plus brillants que les supernovas classiques, restent entourés de nombreuses incertitudes. Leur étude est rendue difficile par leur rareté et leur distance, souvent située à des centaines de millions d'années-lumière de la Terre.

SN 2017egm, une supernova superlumineuse sous les projecteurs

C'est dans ce contexte que l'équipe dirigée par Fabio Acero, chercheur CNRS au Département d'astrophysique du CEA, a fait une découverte majeure. Dans les données du télescope Fermi, qui observe le ciel dans le domaine des rayons gamma depuis 2008, les chercheurs ont identifié la première émission gamma associée à une supernova superlumineuse, SN 2017egm. Cette explosion, observée en 2017 dans la galaxie NGC 3191 située à environ 440 millions d'années-lumière de la Voie lactée, dans la constellation de la Grande Ourse, offre une opportunité unique d'étudier ces phénomènes extrêmes.

Les données de Fermi ont permis de détecter une émission gamma plusieurs mois après l'explosion, alors que les sursauts gamma longs, généralement associés à des phénomènes violents comme la formation de trous noirs, ne durent que quelques minutes tout au plus. Cette observation ouvre une nouvelle fenêtre sur la compréhension des moteurs centraux des supernovas superlumineuses.

Deux modèles pour expliquer ces explosions extrêmes

Pour tenter de percer les mécanismes à l'œuvre dans les supernovas superlumineuses, les chercheurs ont confronté deux modèles principaux. Le premier, appelé Circum Stellar Medium (CSM), suppose que l'étoile progénitrice, en fin de vie, a éjecté plusieurs coquilles de matière avant son explosion. Lors de l'effondrement, les éjectas de matière à haute vitesse rattrapent ces coquilles, produisant des ondes de choc qui chauffent et compriment le gaz, générant ainsi un rayonnement principalement dans le domaine visible, et peu dans les rayons gamma.

Le second modèle fait intervenir la formation d'un astre compact au cœur de l'étoile, comme un trou noir ou une étoile à neutrons. Dans ce scénario, l'effondrement gravitationnel libère une quantité colossale d'énergie, notamment sous forme de rayons gamma. Fabio Acero souligne que ce modèle pourrait être encore plus énergétique si l'astre compact est un magnétar, une étoile à neutrons dotée d'un champ magnétique extrêmement intense. Ce magnétar injecte de l'énergie dans la coquille de la supernova, fournissant une luminosité supplémentaire.

« Ce qui permet de favoriser l'hypothèse d'un magnétar et non celle du Circum Stellar Medium, c'est en premier lieu que le modèle magnétar se présente sous la forme d'un moteur central pour les émissions gamma bien plus énergétiques que dans le cas du modèle thermique. »
Fabio Acero, chercheur CNRS au CEA

Une nouvelle fenêtre sur la naissance des magnétars

L'émission gamma détectée par Fermi est un indice précieux pour départager les deux modèles. Selon Fabio Acero, elle suggère fortement la présence d'un magnétar au cœur de SN 2017egm. En effet, le timing de l'émission gamma correspond mieux au modèle du magnétar, où l'opacité du gaz diminue avec le temps, laissant passer les rayons gamma provenant de l'étoile à neutrons centrale. À l'inverse, le modèle CSM ne rend pas compte de la luminosité gamma observée, qui aurait dû être largement dominée par la lumière visible dans ce scénario.

Cette découverte marque une étape importante pour les astrophysiciens. « C'est probablement la première fois que nous assistons à la naissance d'un magnétar », déclare Fabio Acero. « Aujourd'hui, seuls les rayons gamma nous donnent un accès direct à ce moteur central des supernovas superlumineuses ; c'est une nouvelle fenêtre sur ces explosions extrêmes qui s'ouvre pour les astrophysiciens. »

Et maintenant ?

À l'avenir, les observations de supernovas par Fermi pourraient être couplées aux données du Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), actuellement en construction au Chili et aux Îles Canaries. Ce réseau de télescopes, capable d'observer les rayons gamma de haute énergie, pourrait fournir des informations complémentaires sur la physique de ces événements extrêmes. Selon les chercheurs, le CTAO pourrait observer une supernova superlumineuse tous les deux à trois ans, offrant ainsi de nouvelles opportunités d'étude.

Un phénomène qui continue de fasciner

Les supernovas, qu'elles soient classiques ou superlumineuses, jouent un rôle clé dans l'enrichissement de l'Univers en éléments chimiques. Leur étude permet également de tester les limites des théories de la physique nucléaire et de mieux comprendre les mécanismes à l'œuvre dans les objets compacts comme les étoiles à neutrons ou les trous noirs. Grâce aux avancées technologiques, comme les télescopes spatiaux Fermi et, à l'avenir, le CTAO, les astronomes disposent d'outils toujours plus performants pour explorer ces phénomènes spectaculaires.

La découverte de SN 2017egm et de son émission gamma ouvre donc de nouvelles perspectives. Elle rappelle que, malgré les progrès réalisés, l'Univers garde encore de nombreux secrets, et que chaque observation peut apporter son lot de surprises et de réponses aux questions fondamentales de l'astrophysique.

Leur luminosité exceptionnelle s'explique par des mécanismes encore mal compris. Deux hypothèses principales sont avancées : l'interaction des éjectas de l'explosion avec des coquilles de matière éjectées précédemment par l'étoile en fin de vie (modèle CSM), ou la présence d'un objet compact comme un magnétar, une étoile à neutrons dotée d'un champ magnétique intense, qui injecte de l'énergie dans la coquille de la supernova.