Les restes de la supernova de Tycho
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Publication : astro-ph/0012288
 

Les supernovae correspondent à l'un des évènements les plus violents de l'Univers. 
Deux scénarios peuvent se produire :
    - une étoile massive ayant entièrement brûlé son combustible nucléaire implose en une fraction de seconde puis explose en éjectant ses couches externes. Le coeur se transforme soit en en une étoile à neutrons soit en un trou noir.
     - par apport progressif de matière, une naine blanche (dernier stade d'évolution d'étoiles peu massives) dépasse la limite de stabilité  gravitationnelle et sa contraction déclenche la fusion nucléaire explosive de l'ensemble. Il ne reste rien.
Dans les deux cas, une émission de lumière (principalement optique) extrêmement puissante se produit alors et pendant les semaines qui suivent, l'étoile émet une puissance comparable à celle d'une galaxie comprenant plusieurs milliards d'étoiles. Puis cette luminosité s'atténue et l'oeil ne distingue plus rien.

 

Image en rayons X obtenue par XMM-Newton d'une région
du Grand Nuage de Magellan montrant le gaz chaud issu d'explosions de supernovae

Lors de cette explosion plusieurs masses solaires de matière sont éjectées à grande vitesse (10 000 km/s) dans le milieu interstellaire, créant une onde de choc. Cette onde de choc chauffe le gaz interstellaire à plus de 10 millions de degrés, ce dernier émet alors du rayonnement dans le domaine des rayons X. Ce rayonnement augmente à mesure que l'onde de choc englobe plus de matière, et on obtient une centaine d'années après l'explosion un reste de supernova dont la taille atteint quelques années-lumière. La matière éjectée se dilue progressivement dans l'espace interstellaire mais reste identifiable des centaines d'années après l'explosion, sous forme de filaments et de gaz se déplaçant à très grande vitesse.

Dans les galaxies de type spirale comme la nôtre, une supernova apparaît approximativement tous les trente ans. Les supernovae jouent un rôle très important dans la mesure où elles enrichissent le milieu interstellaire en éléments chimiques (carbone, oxygène, jusqu'au fer et au-delà) produits par les réactions nucléaires du coeur des étoiles, et l'explosion elle-même, à partir de l'hydrogène initial.  L'éjection à grande vitesse dans le milieu interstellaire assure le brassage des ces éléments plus lourds que l'hydrogène et la galaxie toute entière s'enrichit de ces apports.

Pourquoi observer les restes de supernovae ? 

Plusieurs points restent encore à éclaircir pour comprendre avec précision les mécanismes d'explosion des supernovaes :

- les mécanismes de formation (en particulier explosive) des différents éléments chimiques générés. 
- les mécanismes d'instabilité de l'onde de choc lors de la traversée des couches externes de l'étoile, affectant la répartition des éléments.

 

Pour ces deux objectifs il faut pouvoir mesurer directement la présence de ces éléments dans la matière éjectée, à l'intérieur du reste de supernova. Ces éléments étant chauffés eux aussi à des millions de degrés, les rayons X sont des outils de choix pour appréhender les différents phénomènes mis en jeu.

Les observatoires spatiaux précédant XMM-Newton et Chandra ont permis d'obtenir d'assez bonnes images de restes de supernovae et des spectres d'une résolution moyenne (permettant d'identifier les éléments), mais pas les deux ensemble. Avec XMM-Newton et Chandra, la conjugaison du spectre et de l'image avec les caméras CCD permet d'observer le spectre de petites régions d'un reste de supernova, et de former des images à une énergie particulière (par exemple celle des raies émises par les éléments qui nous intéressent).

XMM observe le reste de la supernova Tycho

 

extrêmement brillant. Il montra qu'il s'agissait d'un étoile lointaine. 
Cet astre fut ultérieurement identifié à une supernova, que l'on baptisa supernova Tycho.
Cette supernova est vraisemblablement le fruit du deuxième mécanisme (issue d'une naine blanche).

 

Les observations faites par XMM-Newton montrent que, lors de l'explosion de la supernova, la matière a été éjectée de manière régulière. En effet la forme globale est assez circulaire et peu structurée.
La spectroscopie des rayons X observés révèle différents pics d'émission X, dont la position spectrale caractérise le type d'élément chimique présent et l'intensité de la concentration de cet élément, ainsi que la température du gaz environnant.

 
Reste de Tycho vu par XMM
Fond continu d'emission X
Reste de Tycho vu par XMM
 Carte de l'emission du Silicium
Reste de Tycho vu par XMM
Carte de l'emission du Fer
 

Une cartographie spatiale des rayons X caractéristiques des différents éléments chimiques silicium (Si) et fer (Fe) a permis de mettre en évidence une grande analogie de répartition entre ces deux éléments : il n'y a pas eu de fragmentation importante lors de l'explosion. Toutefois des petites différences locales sont observables.
Par ailleurs, les chercheurs ont observé que dans les zones où l'émission X des éléments chimiques est assez faible, il subsiste uneforte émission continue. Cette émission est vraisemblablement reliée à l'accélération de particules ultra relativistes derrière l'onde de choc, qui émettent du rayonnement synchrotron X dans le champ magnétique local. Ces particules sont la source des rayons cosmiques observés dans notre milieu interplanétaire.

 
 "XMM-Newton observation of the Tycho Supernova Remnant"
    A. Decourchelle, J.L. Sauvageot, M. Audard, B. Aschenbach, S. Sembay, R. Rothenflug, J. Ballet, T. Stadlbauer, R.G. West, 
Astronomy & Astrophysics, special XMM Issue (Janvier 2001) 

Maj : 01/12/2000 (1392)

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