En 1987 une étoile massive située dans une galaxie proche a explosé, produisant ce que l’on appelle une supernova. C’est la supernova la plus proche de la Terre depuis l’invention du télescope il y a plusieurs siècles. Tous les plus grands observatoires et des millions de personnes dans le monde se sont mis à observer la mort de cette étoile.

Maintenant, presque 20 ans après, cette explosion révèle des signes de vie --- sous la forme de particules de poussières qui sont les briques utilisées pour la construction des planètes rocheuses et de toutes les créatures vivantes. Et, une fois de plus, les astronomes sont captivés. "La Supernova 1987A est en train de changer juste sous nos yeux" déclare le Dr. Eli Dwek, un expert sur les poussières cosmiques au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt (Maryland). Dwek et son collègue le Dr. Patrice Bouchet, de l’Observatoire de Paris, observent depuis de nombreuses années les changements rapides de cette supernova, nommée SN 1987A pour l’année de sa découverte dans le Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine satellite de la notre. "Ce que nous sommes en train d’observer, est un jalon de l’évolution d’une supernova."

SN1987A-f1.jpg Figure 1 : L’image ci-contre montre l’anneau de poussières (en rouge) vu avec le télescope GEMINI de 8 m de diamètre en opération au Chili, superposé àl’image obtenue dans le visible avec le télescope spatial de Hubble (en jaune). Cliquer sur l’image pour l’agrandir

En utilisant des télescopes qui fonctionnent dans l’infrarouge, Bouchet, Dwek et leur collègues1 ont mis en évidence la présence de poussières de silicates produites par l’étoile avant qu’elle n’explose. Ces poussières ont survécu à l’explosion, furent balayées et repoussées par les ondes de choc, jusqu’à rejoindre, près de 20 ans plus tard, un anneau de gaz qui entoure les braises de l’étoile défunte, ce qui les rend "visibles" à travers des détecteurs dans l’infrarouge Les poussières --- ces particules et cristaux chimiques plus fins que ne l’est le sable de nos plages --- sont sources à la fois de frustration et de fascination chez les astronomes. Elles peuvent complètement masquer les étoiles distantes. D’un autre côté, c’est à partir de ces poussières que sont fabriqués tous les corps solides. C’est pourquoi, contrairement à ce que leur nom pourrait laisser penser, les poussières constituent un des domaines de recherche les plus importants de l’astronomie et de l’astrobiologie.

On trouve des poussières partout dans l’Univers, et pourtant les astronomes savent peu de choses sur leur origine. De toute évidence, elles sont fabriquées dans les étoiles, puis injectées violemment dans l’espace par les supernovae. Mais le hic est dans les détails. Quelle est la quantité de poussières produite dans une étoile ? Quelle est la quantité qui est vaporisée par l’explosion de l’étoile, et quelle est la quantité de celles qui survivent ? Et comment de menus nuages de poussières arrivent-ils à former des planètes et en fin de compte la vie ? C’est le genre de questions auxquelles des scientifiques comme Patrice Bouchet et Eli Dwek veulent répondre. Avec la supernova SN 1987A, ils disposent d’un laboratoire parfait pour observer le déroulement du processus. Ceci est une nouvelle fenêtre pour les astronomes, nous dit Bouchet, qui conduit les observations de SN 1987A dans l’infrarouge avec le télescope de 8-m de Gemini Sud au Chili et l’observatoire spatial Spitzer de la NASA. Lui et son équipe sont spectateurs de processus jamais observés auparavant. C’est la première fois que les scientifiques mettent directement en évidence directe que des poussières produites dans une étoile massive peuvent survivre à son explosion comme supernova ; la première fois qu’ils détectent des poussières froides amalgamées à du gaz dont la température est de plusieurs millions de degrés, si chaud qu’il émets des rayons X ; et la première fois qu’ils sont témoins du mécanisme qui produit le morcellement des poussières en particules plus fines (procédé connu sous le nom de "postillonnage" par les scientifiques). En toute honnêteté ils ne savent pas ce à quoi s’attendre, et ils sont déjà tombés sur quelques surprises. Les détecteurs infrarouges sont cruciaux pour ce genre d’observations. Le rayonnement dans l’infrarouge est moins énergétique que le rayonnement de la lumière visible. Les détecteurs infrarouges sont similaires aux lunettes qui permettent de voir la nuit. Les poussières sont à une température inférieure à une centaine de degrés au-dessous de zéro, et donc trop froides pour émettre un rayonnement visible. D’ailleurs, les télescopes optiques traditionnels permettent d’observer le gaz mais pas les poussières. Grâce aux images obtenues dans l’infrarouge, cette équipe de scientifiques a pu déterminer que les poussières résident dans l’anneau équatorial de gaz qui entoure la supernova SN 1987A. Par conséquent, il leur a fallu plusieurs années pour parcourir, depuis le moment de l’explosion, une distance d’un peu moins d’une année lumière à travers le milieu interstellaire. "Ceci était tout à fait attendu" nous dit Bouchet. "il était prévu que la collision entre la matière éjectée par SN 1987A et l’anneau équatorial surviendrait entre 1995 et 2007, et elle a lieu en ce moment." Les poussières de silicates qui ont été détectées ne peuvent avoir été formées au moment de l’explosion, à cause des très hautes énergies que celle-ci a libéré, et ne peuvent donc provenir que de l’étoile progénitrice. "La découverte des silicates fut toute une surprise et m’a produit des frissons (de plaisir)", nous a déclaré Dwek.

La découverte essentielle, cependant, réside dans le fait que cette équipe a détecté beaucoup moins de poussières que prévu. Ceci pourrait indiquer que l’onde de choc produite par l’explosion d’une supernova peut détruire davantage de poussières que ce que les scientifiques croyaient possible. "Si ceci était confirmé, cela pourrait avoir de grandes répercussions sur nos estimations sur les concentrations de poussières dans l’Univers", nous a déclaré Bouchet.

Ceci reste un travail en cours. "Finalement, nous assistons au spectacle de l’interaction entre l’onde de choc de la supernova et son milieu environnant, ce qui crée un environnement qui se transforme très rapidement dans toutes les longueurs d’onde", selon Bouchet. C’est pourquoi, maintenant que la supernova SN 1987A jouit, une fois encore, d’un nouveau regain d’intérêt, les scientifiques préparent une nouvelle série d’observations. Qui sait ce qui peut nous être révélé une fois que les poussières se seront décantées ?

(1) L’équipe est constituée de Patrice Bouchet (GEPI, Observatoire de Paris), Eli Dwek (NASA, GSFC), John Danziger (Observatoire de Trieste, Italie), Richard Arendt (NASA, SSAI), James De Buizer (Observatoire Gemini, Chili), Sangwook Park (Université de l’Etat de Pennsylvania, USA), Nicholas Suntzeff (Observatoire de Cerro Tololo, Chili), et Robert Kirshner et Peter Challis (Centre Harvard-Smithsonien pour l’Astronomie, Cambridge, USA).

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Référence Article accepté dans Astrophysical Journal, astro-ph/0601495

Contact Patrice Bouchet (Observatoire de Paris, GEPI)

Dernière modification le 22 février 2013

Now, nearly 20 years after the star’s death, the explosion is revealing signs of life --- in the form of dust particles that are the building blocks of rocky planets and all living creatures. And astronomers once again are captivated. "Supernova 1987A is changing right before our eyes," said Dr. Eli Dwek, a cosmic dust expert at NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. Dwek and his colleague Dr. Patrice Bouchet of the Observatoire de Paris have been following for several years this rapidly changing supernova, named SN 1987A for the year it was discovered in the Large Magellanic Cloud, a dwarf galaxy. "What we are seeing is a milestone in the evolution of a supernova."

SN1987A-f1.jpg Figure 1 : The image at the left shows the dust ring observed with the Gemini 8-m Telescope in Chile (red) superimposed on the image obtained in the visible by the Hubble Space Telescope (yellow). Click on the image to enlarge it

Using infrared telescopes, Bouchet, Dwek and their colleagues (1) detected silicate dust created by the star from before it exploded. This dust survived the explosion ; was swept up and pushed out by shock waves ; and is now, nearly 20 years later, finally approaching a ring of gas surrounding the embers of the dead star, making it "visible" to infrared detectors.

Dust --- chemical particles and crystals finer than beach sand --- is both a frustration and a fascination for astronomers. Dust can obscure observations of distant stars. Yet dust is the stuff from which all solid bodies are formed. This is why dust, as bland as it sounds, is one of the most important topics in astronomy and astrobiology. Dust is everywhere in the universe, yet astronomers know so little about its origin. Clearly dust is made in stars and hurled into space by supernovae. But the devil is in the details. How much dust is made in a star ? How much is vaporized by the star explosion and how much survives ? And how do wispy dust clouds form planets and ultimately life ? These are the questions that scientists such as Patrice Bouchet and Eli Dwek want to answer. With 1987A, they have a perfect laboratory to watch the process unfold. This is new territory for astronomers, said Bouchet, who led the SN 1987A infrared observations with the Gemini South telescope in Chile and NASA’s Spitzer Observatory. His team is witnessing processes never before seen. This is the first time scientists have direct evidence of dust from a large star surviving a supernova ; the first time they detect cold dust intermingled in hot, X-ray-emitting gas of millions of degrees ; and the first time they are witnessing sputtering, the process in which dust is broken down into smaller particles. They frankly don’t know what to expect, and they have already stumbled upon a few surprises. Infrared detectors are crucial for this kind of observation. Infrared is a less-energetic form of radiation than visible light. The infrared detectors are similar to night-vision goggles. The dust is over a hundred degrees below zero and too cold to emit visible light. Optical telescopes can see gas but not the dust. Through infrared imaging, the science team determined that the dust is in the region of the equatorial ring of gas around SN 1987A. Thus, it took many years for the dust to travel out from the explosion and into the interstellar medium, a distance of a little less than one light-year. "This much was expected," said Bouchet. "The collision between the ejecta of SN 1987A and the equatorial ring predicted to occur sometime in the interval of 1995 to 2007 is now underway." The silicate dust detected could not have formed in the supernova blast itself, because of the high energies involved, and could only have come from the progenitor star. Detection of silicates was a bit of a surprise and thrill, Dwek said. The key finding, however, is that the team has detected far less dust than expected. This could mean that a supernova blast wave can destroy more dust than thought possible. If confirmed, this will have broad implications for determining dust concentrations throughout the universe. Yet this is a work in progress. "Overall, we are witnessing the interaction of the supernova blast wave with its surrounding medium, creating an environment that is rapidly evolving at all wavelengths," said Bouchet. To that effect, scientists are planning a series of new observations of SN 1987A now that it has once again become very interesting. Who knows what will be revealed once the dust settles.

(1) The team includes Patrice Bouchet (GEPI, Paris Observatory), Eli Dwek (NASA, GSFC), John Danziger (Trieste Observatory, Italy), Richard Arendt (NASA, SSAI), James De Buizer (Gemini Observatory), Sangwook Park (Pennsylvania State University, USA), Nicholas Suntzeff (Cerro Tololo Interamerican Observatory, Chile), and Robert Kirshner and Peter Challis (Harvard-Smithsonian, CfA, Cambridge MA, USA).

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Reference Article accepted in Astrophysical Journal, astro-ph/0601495

Contact Patrice Bouchet (Observatoire de Paris, GEPI)

Dernière modification le 4 mars 2013