Les étoiles qui explosent génèrent des spectacles de lumière dramatiques. Les télescopes infrarouges comme Spitzer peuvent voir à travers la brume et donner une meilleure idée de la fréquence à laquelle ces explosions se produisent.
L’image montre la galaxie Arp 148, capturée par les télescopes Spitzer et Hubble de la NASA. Des données Spitzer spécialement traitées sont affichées à l’intérieur du cercle blanc, révélant la lumière infrarouge d’une supernova cachée par la poussière. Il s’agit de l’une des cinq supernovas cachées documentée pour la première fois dans un article récent. Crédits : NASA/JPL-Caltech
On pourrait penser que les supernovae – l’agonie des étoiles massives et parmi les explosions les plus brillantes et les plus puissantes de l’univers – seraient difficiles à manquer. Pourtant, le nombre de ces explosions observées dans les régions éloignées de l’univers est bien en deçà des prédictions des astrophysiciens.
Téléchargez cette affiche gratuite de la NASA, qui commémore le télescope spatial Spitzer à la retraite. Crédits : NASA/JPL-Caltech
Pour rechercher des supernovae cachées, les chercheurs ont examiné les observations de Spitzer sur 40 galaxies poussiéreuses. (Dans l’espace, la poussière fait référence à des particules ressemblant à des grains avec une consistance similaire à la fumée.) Sur la base du nombre qu’elles ont trouvé dans ces galaxies, l’étude confirme que les supernovae se produisent en effet aussi fréquemment que les scientifiques s’y attendent. Cette attente est basée sur la compréhension actuelle des scientifiques de l’évolution des étoiles. Des études comme celle-ci sont nécessaires pour améliorer cette compréhension, en renforçant ou en remettant en question certains aspects de celle-ci.
« Ces résultats avec Spitzer montrent que les relevés optiques sur lesquels nous comptons depuis longtemps pour détecter les supernovae manquent jusqu’à la moitié des explosions stellaires qui se produisent dans l’univers », a déclaré Ori Fox, scientifique au Space Telescope Science Institute de Baltimore, Maryland, et auteur principal de la nouvelle étude, publiée dans les Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. « C’est une très bonne nouvelle que le nombre de supernovae que nous observons avec Spitzer soit statistiquement cohérent avec les prédictions théoriques. »
L’« écart de supernova » – c’est-à-dire l’incohérence entre le nombre de supernovae prédites et le nombre observé par les télescopes optiques – n’est pas un problème dans l’univers voisin. Là-bas, les galaxies ont ralenti leur rythme de formation d’étoiles et sont généralement moins poussiéreuses. Dans les régions les plus éloignées de l’univers, cependant, les galaxies semblent plus jeunes, produisent des étoiles à des taux plus élevés et ont tendance à avoir des quantités plus élevées de poussière. Cette poussière absorbe et diffuse la lumière optique et ultraviolette, l’empêchant d’atteindre les télescopes. Les chercheurs ont donc longtemps pensé que les supernovae manquantes devaient exister et qu’elles ne sont tout simplement pas vues.
« Parce que l’univers local s’est un peu calmé depuis ses premières années de création d’étoiles, nous voyons le nombre attendu de supernovae avec des recherches optiques typiques », a déclaré Fox. « Le pourcentage de détection de supernova observé diminue, cependant, à mesure que vous vous éloignez et que vous revenez à des époques cosmiques où dominaient les galaxies les plus poussiéreuses. »
La détection des supernovae à ces distances éloignées peut être difficile. Pour effectuer une recherche de supernovae enveloppées dans des royaumes galactiques plus sombres mais à des distances moins extrêmes, l’équipe de Fox a sélectionné un ensemble local de 40 galaxies étouffées par la poussière, connues sous le nom de galaxies infrarouges lumineuses et ultra-lumineuses (LIRG et ULIRG, respectivement). La poussière dans les LIRG et les ULIRG absorbe la lumière optique d’objets comme les supernovae, mais permet à la lumière infrarouge de ces mêmes objets de traverser sans obstruction pour que des télescopes comme Spitzer puissent la détecter.
L’intuition des chercheurs s’est avérée correcte lorsque les cinq supernovae jamais vues auparavant sont devenues la lumière (infrarouge). « C’est un témoignage du potentiel de découverte de Spitzer que le télescope ait pu capter le signal des supernovae cachées de ces galaxies poussiéreuses », a déclaré Fox.
« C’était particulièrement amusant pour plusieurs de nos étudiants de premier cycle de contribuer de manière significative à cette recherche passionnante », a ajouté le co-auteur de l’étude Alex Filippenko, professeur d’astronomie à l’Université de Californie à Berkeley. « Ils ont aidé à répondre à la question : « Où sont passées toutes les supernovae ? » »
Les types de supernovae détectés par Spitzer sont connus sous le nom de « supernovae à effondrement central », impliquant des étoiles géantes ayant au moins huit fois la masse du Soleil. À mesure qu’elles vieillissent et que leurs noyaux se remplissent de fer, les grandes étoiles ne peuvent plus produire assez d’énergie pour résister à leur propre gravité, et leurs noyaux s’effondrent, soudainement et de manière catastrophique.
Les pressions et températures intenses produites lors de l’effondrement rapide forment de nouveaux éléments chimiques via la fusion nucléaire. Les étoiles en train de s’effondrer rebondissent finalement sur leurs noyaux ultra-denses, se réduisant en miettes et dispersant ces éléments dans l’espace. Les supernovae produisent des éléments « lourds », tels que la plupart des métaux. Ces éléments sont nécessaires à la construction des planètes rocheuses, comme la Terre, ainsi que des êtres biologiques. Dans l’ensemble, les taux de supernova servent de contrôle important sur les modèles de formation d’étoiles et de création d’éléments lourds dans l’univers.
« Si vous savez combien d’étoiles se forment, alors vous pouvez prédire combien d’étoiles vont exploser », a déclaré Fox. « Ou, vice versa, si vous savez combien d’étoiles explosent, vous pouvez prédire combien d’étoiles se forment. Comprendre cette relation est essentiel pour de nombreux domaines d’études en astrophysique.
Les télescopes de nouvelle génération, y compris Le télescope spatial romain Nancy Grace de la NASA et le Télescope spatial James Webb, détectera la lumière infrarouge, comme Spitzer.
« Notre étude a montré que les modèles de formation d’étoiles sont plus cohérents avec les taux de supernova qu’on ne le pensait auparavant », a déclaré Fox. « Et en révélant ces supernovae cachées, Spitzer a ouvert la voie à de nouveaux types de découvertes avec les télescopes spatiaux Webb et romain. »
En savoir plus sur la mission
Le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud a mené des opérations de mission et géré la mission du télescope spatial Spitzer pour la direction des missions scientifiques de l’agence à Washington. Les opérations scientifiques ont été menées au Spitzer Science Center de Caltech à Pasadena. Les opérations des engins spatiaux étaient basées à Lockheed Martin Space à Littleton, Colorado. Les données sont archivées dans les archives scientifiques infrarouges hébergées à l’IPAC à Caltech. Caltech gère le JPL pour la NASA.
UNE nouvelle étude en utilisant les données de la NASA récemment à la retraite Télescope spatial Spitzer rapporte la détection de cinq supernovae qui, non détectées à la lumière optique, n’avaient jamais été vues auparavant. Spitzer a vu l’univers dans la lumière infrarouge, qui perce les nuages de poussière qui bloquent la lumière optique – le genre de lumière que nos yeux voient et que les supernovae non obscurcies rayonnent le plus brillamment.
La source: Nasa
