• Astrophysique: la supernova cataloguée SN 2016iet serait 'une supernova par production de paires'!____¤201908

     

    Une étude, dont les résultats intitulés «SN 2016iet: The Pulsational or Pair Instability Explosion of a Low-Metallicity Massive CO Core Embedded in a Dense Hydrogen-Poor Circumstellar Medium» sont publiés dans la revue The Astrophysical Journal et disponibles en pdf, laisse penser que la supernova cataloguée SN 2016iet est 'une supernova par production de paires'!

     

    Notons tout d'abord que «dans le cas d'une étoile très massive dépassant les 100 masses solaires, beaucoup des photons produits par les réactions thermonucléaires dans le cœur de ces étoiles sont dans le domaine gamma» et, de ce fait, «ils peuvent donner naissance chacun à une paire d’électron-positron s'ils possèdent suffisamment d'énergie»: c'est au fond une conséquence de la «formule d'Einstein, E=mc2, l'énergie des photons étant convertie en la masse des deux particules».

     

    Cependant, «lorsque la création de matière et d'antimatière selon ce processus devient importante, la pression du flux de photons gamma sur les couches de l'étoile devient insuffisante pour s'opposer à sa contraction sous l'effet de sa propre gravité, car une partie du rayonnement est convertie en une composante qui se comporte comme un mélange de gaz à plus faible pression».

     

    Comme cette contraction «va augmenter le taux des réactions nucléaires en chauffant le cœur de l'étoile», la production de photons gamma créateurs d'antimatière va encore s'accroître et le processus, «lorsque l'étoile contient au moins 130-140 masses solaires», devient instable («en dessous, il se produit des oscillations et l'étoile devient pulsante») et s'emballe.

     

    De ce fait, «la température ne va cesser de grimper et en très peu de temps le cœur de l'étoile, contenant un mélange de noyaux de carbone et d'oxygène, va exploser du fait des réactions thermonucléaires qui se produisent alors en convertissant sa matière en noyaux lourds». Le nouveau type de supernova qui en résulte, baptisé Pair Instability Supernovae (PISNe) ne laisse «aucun astre compact derrière elle (sauf éventuellement un trou noir si l'étoile est suffisamment massive, c'est-à-dire probablement au-delà de 260 masses solaires)».

     

    Au bout du compte, «l'explosion doit surpasser celle d'une supernova normale et s'accompagner de la production d'une grande quantité de nickel radioactif en plus d'une grande quantité de matière éjectée». Cependant, «si l'étoile est en quelque sorte annihilée, ce n'est pas la production d'antimatière qui en est responsable, les positrons ne pouvant d'ailleurs pas annihiler les protons et les neutrons des noyaux de l'étoile», mais «c'est bien le souffle de l'explosion, l'onde de choc produite, qui disperse totalement la matière de l'étoile génitrice de la PISNe».

     

    Alors que, depuis quelques années, «des candidats au titre de PISNe ont été détectés mais en dernière analyse, aucun n'a finalement convaincu la communauté des astrophysiciens», l'étude ici présentée semble être plus convaincante.

     

    Concrètement, le 14 novembre 2016, le satellite GAIA de l'ESA a détecté la supernova cataloguée SN 2016iet, qui «a rapidement mobilisé une batterie de télescopes et d'observateurs, en particulier le télescope Gemini North au sommet du Mauna kea à Hawaï, mais aussi le télescope Magellan situé à l'observatoire Las Campanas au Chili».

     

    Il est ainsi apparu que SN 2016iet était «une supernova très inhabituelle», en particulier en raison de la durée de sa courbe de lumière «anormalement longue» puisqu'il a «fallu environ 800 jours avant que sa luminosité tombe au centième de celle qu'elle avait à son maximum». En outre, il y avait «peu d'émissions de raie de l'hydrogène, ce qui indiquait une étoile plutôt isolée» et il y avait aussi «un manque de signatures de la présence d'éléments lourds».

     

    En réalité, les signatures chimiques étaient très curieuses «pour une supernova dont la distance à la Voie lactée (environ un milliard d'années-lumière) indiquait qu'elle était intrinsèquement très lumineuse pour être aussi brillante et devait donc provenir d'une étoile particulièrement massive».

     

    Selon l'étude, ces caractéristiques «s'interprètent très bien si l'on est en présence d'une supernova par production de paires qui est, soit une vraie PISNe si l'étoile génitrice était assez massive, soit, dans le cas contraire, une variante que l'on appelle une PPISNe pour pulsational pair-instability supernova, en anglais» pour laquelle «il y a bien une production d'antimatière et un emballement des réactions thermonucléaires», mais où «l'explosion résultante ne fait qu'éjecter quelques dizaines de masses solaires, sans détruire l'étoile initiale qui devient dès lors potentiellement pas suffisamment massive pour que se produise à nouveau une PPISNe».

     

    Néanmoins, le fait «que l'étoile génitrice était assez isolée alors que des étoiles dépassant les 100 masses solaires ne naissent de nos jours, et rarement, que dans des amas d'étoiles» peut surprendre. Cependant, on s'attend à la formation de ce type d'étoile massive «dans un milieu pauvre en éléments métalliques», qui se rencontre «dans les galaxies naines qui n'ont pas pu évoluer chimiquement de façon importante du fait de leurs caractéristiques», mais «il se trouve précisément que SN 2016iet s'est formée à quelques dizaines de milliers d'années-lumière d'une telle galaxie».

     

     


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