L’exploration des supernovae exotiques a franchi un cap significatif grâce aux travaux de Ke-Jung Chen et son équipe à l’ASIAA (Taïwan). En utilisant des superordinateurs avancés, ils ont effectué les premières simulations 3D de ces phénomènes, révélant des aspects inexplorés de leur nature et de leur comportement. Ces découvertes, en éclairant les propriétés uniques des supernovae exotiques, pourraient remodeler notre compréhension des étoiles massives et des mécanismes régissant leurs explosions finales.
L’étude des phénomènes cosmiques tels que les supernovæ est un pilier essentiel de l’astrophysique, permettant entre autres d’éclairer notre compréhension de la vie, de la mort et de l’évolution des étoiles. Ces explosions stellaires d’une luminosité inégalée ont été au cœur de nombreuses recherches, dévoilant progressivement leurs secrets.
Récemment, l’attention s’est portée sur une catégorie particulière, les supernovæ exotiques, dont les propriétés singulières mettent à l’épreuve les connaissances établies. C’est dans ce contexte que l’équipe dirigée par Ke-Jung Chen de l’Institut d’astronomie et d’astrophysique de l’Academia Sinica, à Taïwan, a réalisé des simulations 3D de ces phénomènes. L’étude est disponible dans la revue The Astrophysical Journal.
Des origines encore incomprises
Les origines de ces supernovæ exotiques ne sont pas encore entièrement comprises, mais les astronomes pensent qu’elles pourraient provenir d’étoiles massives inhabituelles. Pour les étoiles dont la masse varie de 80 à 140 fois celle du Soleil, à l’approche de la fin de leur vie, leur noyau subit des réactions de fusion du carbone. Au cours de ce processus, des photons de haute énergie peuvent créer des paires électron-positon, déclenchant des pulsations dans le noyau et conduisant à plusieurs contractions violentes. Ces contractions libèrent de grandes quantités d’énergie de fusion et déclenchent des explosions, entraînant de grandes éruptions au sein des étoiles. Ces éruptions elles-mêmes peuvent être similaires aux explosions régulières de supernova. De plus, lorsque des matériaux issus de différentes périodes d’éruption entrent en collision, des phénomènes similaires aux supernovæ superlumineuses peuvent être produits.
Actuellement, les étoiles aussi massives dans l’Univers sont relativement rares, ce qui correspond à la rareté de ces supernovæ particulières. Par conséquent, les scientifiques soupçonnent que les étoiles dont la masse se situe entre 80 et 140 fois celle du Soleil sont très probablement les ancêtres de supernovæ particulières. Cependant, les structures évolutives instables de ces étoiles rendent leur modélisation assez difficile, et les modèles actuels restent principalement confinés à des simulations unidimensionnelles.
Des simulations 3D bouleversant la vision des supernovae
L’équipe de Ke-Jung Chen a réalisé des simulations tridimensionnelles, une première mondiale, pour explorer en profondeur les supernovae exotiques. Ces simulations, effectuées à l’aide de superordinateurs de pointe (et des millions d’heures de calcul), ont permis de mettre en lumière des aspects inconnus et complexes de ces explosions, offrant ainsi de nouvelles perspectives dans l’étude des étoiles massives.
Plus précisément, les résultats de l’équipe de recherche indiquent que le phénomène d’éruptions intermittentes dans les étoiles massives peut présenter des caractéristiques similaires à celles des supernovae à intensité multiple. Lorsque de la matière issue de différentes périodes d’éruption entre en collision, environ 20 à 30% de l’énergie cinétique du gaz peut être convertie en rayonnement, ce qui explique le phénomène de supernovae superlumineuse.
De plus, l’effet de refroidissement par rayonnement amène le gaz en éruption à former une structure en feuille tridimensionnelle dense, mais inégale, et cette couche de la feuille devient la principale source d’émission de lumière dans la supernova. Les résultats des simulations expliquent efficacement les caractéristiques d’observation des supernovae exotiques mentionnées ci-dessus.
Les auteurs expliquent dans un communiqué que la simulation tridimensionnelle de la supernova exotique révèle les structures turbulentes générées lors de l’éjection de matière lors de l’explosion. Ces structures turbulentes ont ensuite un impact sur la luminosité et la structure d’explosion de l’ensemble de la supernova. La turbulence joue un rôle essentiel dans le processus d’explosion d’une supernova, résultant d’un mouvement irrégulier d’un fluide, conduisant à une dynamique complexe. Ces structures turbulentes mélangent et déforment la matière, influençant la libération et le transfert d’énergie, affectant ainsi la luminosité et l’apparence de la supernova.
Avec le lancement de projets d’observation de supernovae de nouvelle génération, davantage de supernovae exotiques seront détectées. Ces découvertes, combinées aux avancées des simulations, façonneront notre compréhension des dernières étapes des étoiles massives et de leurs mécanismes d’explosion.