Une étude, dont les résultats ont été publiés dans la revue Nature, a permis de confirmer, pour la première fois par une observation directe, l’hypothèse selon laquelle les étoiles massives de type Wolf-Rayet explosent, en fin de vie, en supernovæ de type IIb.

 Les étoiles de type Wolf-Rayet, «découvertes en 1867 par les astronomes français Charles Wolf et Georges Rayet», ont plus de 20 fois la masse du Soleil et affichent une température de surface entre 30 000 et 100 000 degrés.

Ces étoiles, «rares et souvent masquées par un nuage de matière dense», constituent «une étape dans l’évolution des étoiles les plus massives, qui se distingue par une composition pauvre en hydrogène».

En effet, au début «aussi riches en hydrogène que les autres», elles perdent, en émettant un vent stellaire intense, leurs couches externes, riches en hydrogène, de sorte qu'elles «expulsent l’équivalent de 0,001 pour cent de la masse du Soleil par an, un flux 109 fois plus important que celui du Soleil».

On peut dire qu'une étoile massive a atteint la phase Wolf-Rayet quand «la majeure partie de l’hydrogène des couches externes a été éjectée par le vent stellaire» et que «les couches internes, enrichies en éléments lourds, deviennent visibles». A ce moment-là, «la bulle de matière qui entoure l’étoile masque l’astre», ce qui rend son étude directe difficile.

Comme la durée de vie des étoiles est d'autant plus courte qu'elles sont massives, les étoiles les plus massives «meurent en explosant violemment en supernovæ» seulement au bout de 3 à 7 millions d’années de vie alors que leur phase Wolf-Rayet occupe un dixième de ce total.

Le spectre de certains types de supernovæ montrant une absence d’hydrogène, en accord avec la composition de étoiles de type Wolf-Rayet, l'hypothèse que ces étoiles explosent en supernovæ de type Iib était avancée, mais aucune observation directe ne venait le confirmer.

L'étude ici présentée comble ce vide grâce au «dispositif iPTF (intermediate Palomar Transient Factory), utilisant un télescope automatisé de l’Observatoire Palomar en Californie», qui prouve que «le progéniteur de la supernova SN 2013cu était une étoile de Wolf-Rayet».

Cette supernova de type IIb est apparue le 3 mai 2013 dans la galaxie NGC 9379, à 360 millions d’années-lumière, et a «été détectée par le télescope de l’Observatoire Palomar à peine plus de cinq heures après le début de l’explosion».

La méthode d'analyse employée, dénommée 'spectroscopie flash', a consisté à analyser rapidement après le début de l'explosion «le rayonnement de la partie la plus externe du vent stellaire émis par l’étoile avant qu’il ne soit balayé par l’onde de choc de la supernova».

Comme cela nécessite «d’être particulièrement réactif», l'alerte a été déclenchée «auprès de différents télescopes au sol (l’Observatoire Keck) et dans l’espace (Swift) qui ont alors pointé leurs instruments dans la direction de la supernova pour mesurer le spectre du vent stellaire avant qu’il ne disparaisse».

Du fait que «l'onde de choc de la supernova ionise rapidement la matière entourant l’étoile», les raies du spectre d’émission du vent stellaire «sont plus intenses et donc plus facile à mesurer». Il est ainsi apparu que ce spectre «correspond à celui d’une étoile de type Wolf-Rayet».

De plus, comme «la technique de spectroscopie flash donne des indications sur l’évolution de la température de l’étoile en fin de vie» et montre en particulier que «le volume de vent solaire semble augmenter peu de temps avant l’explosion (un an environ)», les modèles décrivant la fin de ce type d’étoiles, vont pouvoir être affinés.