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Un véritable feu d’artifice cosmique observé à 10 milliards d’années-lumière

Crédits : D. Gerdes et S. Jouvel

La mort d’une étoile massive dans une galaxie située à 10 milliards d’années-lumière aura mené à la découverte de l’une des supernovae les plus éloignées et brillantes jamais découvertes. Ce feu d’artifice cosmique, plus de trois fois plus brillant que les 100 milliards d’étoiles de notre galaxie réunies, s’est produit environ 3,5 milliards d’années après le Big Bang lors d’une période connue sous le nom de « haut-midi cosmique », lorsque le taux de formation d’étoiles dans l’univers avait atteint son maximum.

Les supernovae dites « super-lumineuses » sont dix à cent fois plus brillantes que les supernovae typiques résultant de l’effondrement d’une étoile massive. Mais les astronomes ne savent toujours pas exactement quels types d’étoiles donnent lieu à leur extrême luminosité ni quels processus physiques sont impliqués. C’est pourquoi cette observation très rare est une aubaine. Car cette supernova connue sous le nom de DES15E2mlf est en effet inhabituelle. Détectée en novembre 2015 par l’observatoire interaméricain Cerro Tololo au Chili, des observations de suivi pour mesurer la distance et obtenir des spectres détaillés de la supernova ont ensuite été menées et suggèrent que celle-ci s’était produite il y a dix milliards d’années environ.

Ces nouvelles observations fournissent aujourd’hui aux chercheurs des indices sur la nature des étoiles et des galaxies présentes durant cette période où l’Univers produisait beaucoup d’étoiles. Les supernovae sont en effet importantes dans l’évolution des galaxies parce que leurs explosions enrichissent le gaz interstellaire à partir duquel de nouvelles étoiles se forment avec des éléments plus lourds que l’hélium. « Il est important de savoir que des étoiles très massives ont explosé à cette époque », explique Ryan Foley, professeur adjoint d’astronomie et d’astrophysique à l’UC Santa Cruz et principal auteur de cette étude. « Ce que nous voulons savoir, c’est le taux relatif de supernovae super-lumineuses par rapport aux supernovae classiques, mais nous ne pouvons pas encore faire ces comparaisons puisque les supernovae classiques sont trop faibles pour que nous puissions les voir à cette distance. Nous ne savons donc pas si cette supernova atypique nous raconte quelque chose de spécial survenu il y a dix milliards d’années ».

Ce que l’on peut noter en revanche, c’est que des observations antérieures de supernovae super-lumineuses ont révélé que celles-ci résidaient habituellement au sein de galaxies naines qui ont tendance à être moins enrichies en métaux que des galaxies plus massives. Or, la galaxie hôte de DES15E2ml est une « galaxie assez massive et normale » peut-on lire dans le document. Les étoiles avec moins d’éléments lourds conservent en effet une plus grande fraction de leur masse lorsqu’elles meurent, ce qui peut provoquer une explosion plus importante lorsque l’étoile épuise son approvisionnement en carburant et s’effondre.

« Nous savons que la métallicité affecte la vie d’une étoile et la façon dont elle meurt, alors trouver cette supernova super-lumineuse dans une galaxie de masse supérieure va à l’encontre de la pensée actuelle. Mais nous nous trouvons si loin dans le temps. Cette galaxie aurait eu moins de temps pour créer des métaux, il se pourrait donc qu’à cette époque de l’histoire de l’univers, les galaxies de haute masse possédaient un contenu métallique assez bas pour créer ces explosions stellaires extraordinaires ».

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