Supernovae

Qu'est-ce qu'une supernova ?

Une supernova est l'explosion d'une étoile. Pendant un court moment, elle libère tant de lumière qu'une seule étoile peut surpasser en éclat les centaines de milliards d'étoiles de sa galaxie.

Le mot vient de « nova », qui signifie nouvelle en latin, car aux yeux des premiers observateurs, c'était comme si une nouvelle étoile était apparue. En réalité, une vieille étoile arrivait au terme de sa vie.

Les astronomes classent les supernovae d'après leur lumière et les empreintes chimiques qu'elle contient, appelées spectre. Derrière les nombreuses étiquettes, il existe deux grandes façons pour une étoile d'exploser.

L'effondrement de cœur : quand une étoile géante épuise son combustible

Les étoiles de plus d'environ huit fois la masse du Soleil fusionnent dans leur cœur des éléments de plus en plus lourds, de l'hélium jusqu'au silicium. La chaîne s'arrête au fer, car fusionner du fer consomme de l'énergie au lieu d'en libérer.

Sans énergie pour le soutenir, le cœur de fer s'effondre en moins d'une seconde. Il se réduit à une boule de seulement quelques dizaines de kilomètres de diamètre et rebondit, et un déluge de particules minuscules appelées neutrinos contribue à lancer une onde de choc qui disloque l'étoile.

Au centre, il reste soit une étoile à neutrons, soit, pour les étoiles les plus lourdes, un trou noir. Les astronomes classent ces explosions en types II, Ib ou Ic, selon la quantité d'hydrogène et d'hélium externes que l'étoile avait conservée.

Le type Ia : une naine blanche poussée trop loin

Une naine blanche est le cœur résiduel, dense et de la taille de la Terre, d'une étoile semblable au Soleil. Livrée à elle-même, elle se refroidit simplement pendant des milliards d'années.

Mais si elle forme un couple serré avec une autre étoile, elle peut gagner de la masse, soit en arrachant du gaz à sa compagne, soit en fusionnant avec une autre naine blanche. Quand elle approche d'environ 1,4 fois la masse du Soleil, la fusion du carbone s'emballe et toute la naine blanche explose, sans rien laisser derrière elle.

Comme les supernovae de type Ia atteignent un éclat maximal assez prévisible, les astronomes s'en servent comme « chandelles standard » pour mesurer les distances à travers l'Univers. En 1998, cette méthode a révélé que l'expansion de l'Univers s'accélère.

Les supernovae dans l'histoire

En 1054, des astronomes chinois ont noté une « étoile invitée » dans le Taureau, visible en plein jour pendant des semaines. Ses débris forment la nébuleuse du Crabe, à environ 6 500 années-lumière, avec en son centre une étoile à neutrons en rotation rapide.

En 1572, Tycho Brahe a observé une nouvelle étoile dans Cassiopée et montré qu'elle se trouvait bien au-delà de la Lune, ce qui remettait en cause la vieille idée de cieux immuables. C'était une supernova de type Ia.

En 1604, Johannes Kepler en a étudié une autre dans Ophiuchus. Elle reste la dernière supernova de notre propre galaxie observée à l'œil nu.

En 1987, une étoile a explosé dans le Grand Nuage de Magellan, une petite galaxie voisine de la Voie lactée. SN 1987A a été la première supernova dont les neutrinos ont été captés par des détecteurs terrestres, quelques heures avant qu'on remarque sa lumière, ce qui a confirmé le mécanisme de l'effondrement de cœur.

Comment les supernovae ensemencent l'Univers

L'Univers primitif ne contenait presque que de l'hydrogène et de l'hélium. Presque tous les éléments plus lourds sont venus ensuite, fabriqués dans les étoiles et expulsés à leur mort.

Les supernovae à effondrement de cœur libèrent de grandes quantités d'oxygène, de silicium et de calcium, tandis que les explosions de type Ia sont d'importantes sources de fer. Les ondes de choc aident aussi à comprimer les nuages de gaz voisins, ce qui peut déclencher la formation de nouvelles étoiles.

Certains des éléments les plus lourds, comme l'or, semblent provenir surtout d'autres événements, comme les fusions d'étoiles à neutrons. Quoi qu'il en soit, le calcium de vos os et le fer de votre sang ont été fabriqués dans des étoiles qui ont vécu et sont mortes avant la naissance du Soleil.

Bételgeuse est-elle sur le point d'exploser ?

Bételgeuse, l'épaule rougeâtre d'Orion, est une supergéante rouge située à environ 500 à 650 années-lumière. Elle est massive et âgée : elle finira presque certainement en supernova à effondrement de cœur.

Fin 2019 et début 2020, elle a fortement faibli, ce qui a suscité beaucoup d'enthousiasme. Des études menées avec le télescope spatial Hubble et le Very Large Telescope de l'ESO ont montré que la cause était un nuage de poussière rejeté par l'étoile, et non le signe d'une explosion imminente.

Les estimations actuelles situent l'explosion quelque part dans les quelque 100 000 prochaines années, ce qui, à l'échelle humaine, la rend peu probable de notre vivant. Quand elle se produira, elle sera assez brillante pour être vue en plein jour pendant des semaines, mais bien trop lointaine pour nuire à la Terre.

Comment en voir une ?

Une supernova visible à l'œil nu dans notre galaxie est rare : le moyen pratique d'en voir une est de pointer un télescope vers d'autres galaxies. Chaque année, les relevés amateurs et professionnels découvrent des milliers de supernovae, et quelques-unes par an dans des galaxies proches et brillantes atteignent la magnitude 12 ou 13, à la portée d'un télescope amateur moyen sous un ciel noir.

Vous pouvez aussi observer des restes de supernova. La nébuleuse du Crabe (M1), près de la pointe d'une corne du Taureau, apparaît comme une faible tache brumeuse dans un petit télescope les soirs d'hiver.

Si une supernova éclate dans notre galaxie, les détecteurs de neutrinos du monde entier enverront probablement une alerte précoce avant que la lumière ne devienne évidente, donnant de l'avance aux observateurs.