Communiqué de presse

Le VLT dépoussière un véritable mystère

De nouvelles observations révèlent le processus de création de la poussière d'étoiles dans l'environnement d'une supernova

9 juillet 2014

Un groupe d'astronomes a pu suivre en temps réel le processus de formation de poussière d'étoiles qui succède à l'explosion d'une supernova. Ils montrent, pour la toute première fois, que ces usines de poussière cosmique fabriquent leurs grains en deux étapes : débuté peu après l'explosion, le processus se poursuit longtemps après. Pour ce faire, l'équipe a analysé, au moyen du Très Grand Télescope (VLT) de l'ESO installé au nord du Chili, la lumière en provenance de la supernova SN2010jl, à mesure qu'elle décroissait en intensité. Les résultats de cette nouvelle étude font l'objet d'une publication en ligne dans l'édition du 9 juillet 2014 de la revue Nature.

L'origine de la poussière cosmique présente au sein des galaxies demeure, aujourd'hui encore, un mystère [1]. Les astronomes pensent que les supernovae constituent la première source de poussière, en particulier dans l'Univers jeune, mais le processus de condensation et de croissance des grains de poussière reste en partie méconnu. Tout comme les raisons de leur survivance aux conditions hostiles qui règnent dans les galaxies à formation d'étoiles. Des observations effectuées au moyen du VLT de l'ESO qui équipe l'Observatoire Paranal au nord du Chili, lèvent le voile pour la toute première fois.

Une équipe internationale a observé la supernova baptisée SN2010jl au moyen du spectrographe X-Shooter. Ces observations ont été effectuées à dix reprises : neuf fois au cours des mois qui ont suivi l'explosion, puis 868 jours après l'explosion, dans les domaines visible et proche infrarouge à la fois [2]. Cette supernova d'une brillance exceptionnelle est le fruit de l'explosion d'une étoile massive au sein de la galaxie naine UGC 5189A.

"La combinaison des données acquises au cours des neuf premières sessions d'observation nous a permis d'étudier, pour la toute première fois, le processus d'absorption des différentes longueurs d'onde de la lumière par la poussière située autour de la supernova", nous confie Christa Gall de l'Université Aarhus au Danemark, auteur principal de l'étude. "Ainsi donc, nous avons recueilli de nombreuses informations inédites concernant cette poussière d'étoile".

L'équipe a découvert que la formation de poussière débute peu après l'explosion et se poursuit sur une longue période de temps. Les nouvelles mesures ont également fourni de précieuses informations
concernant la taille des grains de poussière ainsi que leurs constituants. Ces découvertes vont au-delà des résultats obtenus par le Vaste Réseau d'Antennes (Sub-)Millimétrique de l'Atacama (ALMA). Pour mémoire, ALMA avait détecté les restes d'une supernova récente, riche en poussière nouvellement formée à partir de la célèbre supernova 1987A (SN 1987A; eso1401).

L'équipe a découvert que les grains de poussière dont le diamètre est supérieur au micron (millième de millimètre) se sont formés rapidement au sein de la matière dense qui entoure l'étoile. Cette taille, bien que réduite à nos yeux, est élevée pour un grain de poussière cosmique, et c'est cette taille étonnamment élevée qui leur confère une importante résistance aux processus violents et destructeurs qui règnent dans
l'environnement des restes de supernovae. Ainsi donc, l'une des questions posées dans l'article
d'ALMA trouve ici une réponse : les grains de poussière sont de dimension supérieure à celle que nous envisagions.

"Le fait que nous ayons détecté la présence de grains de taille élevée peu après l'explosion de la supernova suppose l'existence d'un processus rapide et efficace de création de ces grains" précise Jens Hjorth de l'Institut Niels Bohr de l'Université de Copenhague au Danemark, co-auteur de l'étude. Et d'ajouter : "Nous ne connaissons absolument rien de ce processus".

Toutefois, les astronomes pensent connaître le site de formation de cette nouvelle poussière : au cœur de la matière expulsée par l'étoile avant même que celle-ci n'explose. Lorsque l'onde de choc de la supernova s'est propagée dans l'espace, elle a créé une enveloppe de gaz froid et dense – en d'autres termes, un environnement propice à la création et à la croissance des grains de poussière.

Les résultats des observations suggèrent que, dans un second temps, soit quelques centaines de jours plus tard, un processus accéléré de formation de la poussière à partir de la matière éjectée de la supernova se met en place. Si la création de poussière au sein de SN2010jl se poursuit au rythme observé, 25 ans après l'explosion de la supernova, la masse totale de poussière représentera l'équivalent d'une demi-masse solaire. Cette quantité de poussière est voisine de celle observée dans l'environnement d'autres supernovae telle SN 1987A.

"Les observations astronomiques antérieures ont montré l'existence de vastes quantités de poussière au cœur des restes de supernovae mais ont pu aussi prouver que de faibles quantités de poussière étaient effectivement formées lors des explosions de supernovae. Les nouvelles observations permettent de résoudre cette apparente contradiction", conclut Christa Gall. 

Notes

[1] La poussière cosmique est constituée de grains de silicate et de graphite – des minéraux que l'on trouve également en abondance sur Terre. La suie d'une bougie est très semblable à la poussière de graphite cosmique – toutefois, la taille des grains de suie est plus de dix fois supérieure à celle des grains de graphite cosmique.

[2] La lumière en provenance de cette supernova a été pour la première fois captée en 2010. D'où son appellation SN2010jl. Elle figure parmi les supernovae de type IIn. Les supernovae de type II résultent de la violente explosion d'une étoile dont la masse excède les huit masses solaires. Les supernovae de type IIn montrent des spectres dotés de fines raies d'hydrogène. Ces raies résultent de l'interaction entre la matière éjectée par la supernova et la matière déjà présente dans l'environnement de l'étoile.

Plus d'informations

Ce travail de recherche a fait l'objet d'un article intitulé “Rapid formation of large dust grains in the luminous supernova SN 2010jl”, par C. Gall et al., à paraître dans l'édition en ligne de la revue Nature du 9 juillet 2014.

L'équipe est composée de Christa Gall (Département de Physique et d'Astronomie, Université d'Aarhus, Danemark; Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark; Laboratoire de Cosmologie Observationelle, Centre Goddard des Vols Spatiaux de la NASA, Etats-Unis), Jens Hjorth (Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), Darach Watson (Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), Eli Dwek (Laboratoire de Cosmologie Observationnelle, Centre Goddard des Vols Spatiaux de la NASA, Etats-Unis), Justyn R. Maund (Centre de Recherche Astrophysique, Ecole de Mathématique et de Physique de l'Université de Queen, Belfast, Royaume-Uni; Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), Ori Fox (Département d'Astronomie, Université de Californie, Berkeley, Etats-Unis), Giorgos Leloudas (Centre Oskar Klein, Département de Physique, Université de Stockholm, Suède; Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark), Daniele Malesani (Centre de Cosmologie, Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, Danemark) et Avril C. Day-Jones (Département d'Astronomie, Université du Chili, Chili).

L'ESO est la première organisation intergouvernementale pour l'astronomie en Europe et l'observatoire astronomique le plus productif au monde. L'ESO est soutenu par 15 pays : l'Allemagne, l'Autriche, la Belgique, le Brésil, le Danemark, l'Espagne, la Finlande, la France, l'Italie, les Pays-Bas, le Portugal, la République Tchèque, le Royaume-Uni, la Suède et la Suisse. L'ESO conduit d'ambitieux programmes pour la conception, la construction et la gestion de puissants équipements pour l'astronomie au sol qui permettent aux astronomes de faire d'importantes découvertes scientifiques. L'ESO joue également un rôle de leader dans la promotion et l'organisation de la coopération dans le domaine de la recherche en astronomie. L'ESO gère trois sites d'observation uniques, de classe internationale, au Chili : La Silla, Paranal et Chajnantor. À Paranal, l'ESO exploite le VLT « Very Large Telescope », l'observatoire astronomique observant dans le visible le plus avancé au monde et deux télescopes dédiés aux grands sondages. VISTA fonctionne dans l'infrarouge. C'est le plus grand télescope pour les grands sondages. Et, le VLT Survey Telescope (VST) est le plus grand télescope conçu exclusivement pour sonder le ciel dans la lumière visible. L'ESO est le partenaire européen d'ALMA, un télescope astronomique révolutionnaire. ALMA est le plus grand projet astronomique en cours de réalisation. L'ESO est actuellement en train de programmer la réalisation d'un télescope européen géant (E-ELT pour European Extremely Large Telescope) de la classe des 39 mètres qui observera dans le visible et le proche infrarouge. L'E-ELT sera « l'œil le plus grand au monde tourné vers le ciel ».

Liens

• L’article scientifique 
• ALMA sonde une supernova, véritable usine à poussière
• Informations complémentaires concernant X-Shooter
• Informations complémentaires concernant le VLT

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Jens Hjorth
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Thierry Botti (contact presse pour la France)
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