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Une étoile géante pourrait s'être autodétruite lors d'une des explosions les plus rares de l'Univers

Par Shreejaya Karantha, Phys.org

Édité par Sadie Harley, relu par Robert Egan

Notes de la rédaction

Résumé

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Localisation de SN 2023vbw (cercle magenta) à la périphérie de sa galaxie hôte naine (cercle vert). Crédit : arXiv (2026). DOI : 10.48550/arxiv.2605.16487

Les astronomes ont peut-être découvert l'un des exemples les plus clairs à ce jour d'une supernova rare due à une « instabilité de paires ». Il s'agit d'une explosion catastrophique qui détruit complètement certaines des étoiles les plus massives de l'Univers, sans laisser de résidu. L'article décrivant les propriétés de cette explosion rare a été publié sur le serveur de prépublication arXiv le 15 mai.

L'événement, SN 2023vbw, a été détecté pour la première fois par le Zwicky Transient Facility en octobre 2023, aux abords d'une petite galaxie naine pauvre en métaux, située à environ 1,3 milliard d'années-lumière. Il a été provisoirement classé comme une supernova de type II – celles qui se produisent lorsqu'une étoile massive épuise son combustible nucléaire, s'effondre sous l'effet de la gravité et explose. Cependant, plusieurs de ses propriétés contredisent ce modèle.

Un cas atypique

Dans une nouvelle étude, des astronomes ont mené des observations détaillées et une modélisation de SN 2023vbw afin de déterminer sa véritable nature. Le premier indice d'un phénomène inhabituel est apparu dans sa courbe de lumière – l'évolution de sa luminosité au fil du temps. Au lieu de la montée en plateau typique d'une supernova de type II, après une phase de refroidissement initiale, SN 2023vbw a connu une ascension régulière jusqu'à un pic de luminosité environ 190 jours plus tard.

Elle a également montré une baisse rapide de sa luminosité entre 190 et 230 jours. Après cette phase d'extinction, la courbe d'explosion s'est stabilisée sur un plateau à décroissance lente appelé « queue ». L'énergie totale qu'elle a rayonnée, environ 3 × 10⁵⁰ ergs, est plus de dix fois supérieure à celle d'une supernova de type II classique.

Durant la phase ascendante, l'explosion s'est stabilisée à une température quasi constante tandis que son enveloppe externe continuait de se dilater. Ce comportement requiert une source de chaleur interne importante et continue, contrairement aux supernovae de type II typiques.

Au fur et à mesure que la supernova s'estompait, des raies d'émission interdites ont commencé à apparaître et, dans la phase de queue, les raies de l'hydrogène ont développé un profil multicomposant avec une composante décalée vers le rouge, indiquant l'interaction des éjectas avec une enveloppe de matière en forme de disque que l'étoile avait éjectée avant de mourir.

Un coupable « bleu »

La modélisation de la courbe de lumière suggère que l'explosion provient probablement d'une supergéante bleue exceptionnelle. La morphologie de la courbe de lumière ressemble fortement à celle de SN 1987A, une supernova de type II également issue d'une supergéante bleue compacte. Cependant, SN 2023vbw présente une luminosité nettement supérieure et une durée de vie plus longue, suggérant une progénitrice beaucoup plus massive.

La masse de ses éjectas est estimée entre 170 et 350 masses solaires, et l'énergie cinétique de l'explosion est de l'ordre de 60 à 130 fois supérieure à l'énergie maximale qu'une supernova à effondrement de cœur de fer classique peut produire.

La faible métallicité du milieu hôte – environ un dixième de celle du Soleil – correspond aux prédictions théoriques pour les supernovae à instabilité de paires.

L'équipe suggère également que la supergéante bleue pourrait s'être formée par la fusion de deux étoiles massives au sein d'un système binaire. Ce mécanisme de formation expliquerait naturellement l'enveloppe dense de matière en forme de disque avec laquelle les éjectas ont interagi.

L'équipe explique toutefois dans son article que d'importantes incertitudes subsistent : on ignore encore si les étoiles très massives terminent leur vie en supergéantes rouges ou bleues, et à quel moment précis de leur existence une telle fusion se produirait.

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Autodestruction

Les supernovae par instabilité de paires se produisent dans des étoiles si massives que les températures extrêmes en leur cœur entraînent la production de paires électron-positron. Ceci supprime la pression de radiation qui soutient l'étoile contre l'attraction gravitationnelle interne, déclenchant une explosion thermonucléaire incontrôlable si violente que l'étoile entière est consumée. De ce fait, aucune étoile à neutrons ni trou noir ne devrait subsister.

Les étoiles dont la masse initiale se situe entre 140 et 260 masses solaires environ et qui présentent une faible métallicité sont susceptibles de connaître ce type de destin, et les propriétés modélisées de SN 2023vbw correspondent parfaitement à cette description.

« Du fait de sa proximité avec la Terre, SN 2023vbw demeure suffisamment brillante pour permettre la poursuite d'observations multi-longueurs d'onde qui révéleront l'histoire de la perte de masse de son progéniteur et sa nucléosynthèse explosive », écrit l'équipe.

L'équipe note que les prochains relevés effectués avec l'observatoire Vera Rubin et le télescope spatial Nancy Grace Roman devraient permettre de découvrir des dizaines, voire des centaines, d'événements similaires, mettant ainsi en lumière la mort et l'évolution des étoiles les plus massives de l'Univers

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RESUME

Une étoile géante pourrait s'être autodétruite lors d'une des explosions les plus rares de l'univers.

SN 2023vbw présente des caractéristiques compatibles avec une supernova à instabilité de paires, notamment une luminosité élevée, une longue durée d'évolution et une masse d'éjectas estimée entre 170 et 350 masses solaires, bien supérieure à celle des supernovae de type II typiques. L'explosion a probablement eu lieu au sein d'une supergéante bleue massive dans un environnement à faible métallicité, possiblement formée par la fusion d'un système binaire, et n'a laissé aucun résidu, confirmant ainsi les prédictions théoriques.

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COMMEZNTAIRE

J e tente de retrouver  les publicaions originales  avant de formuler ma critique!!

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Publication details

Daichi Hiramatsu et al, The pair-instability origin of supernova 2023vbw, arXiv (2026). DOI: 10.48550/arxiv.2605.16487

Journal information: arXiv