La lumière d'une supernova émise six heures seulement après l'explosion stellaire initiale a été observée avec la lumière émise deux et huit jours plus tard. L'observation a été faite par une équipe internationale utilisant le télescope spatial Hubble (HST). La supernova est également remarquable pour s'être produite il y a environ 11.5 milliards d'années lorsque l'univers en était à ses balbutiements. La faible lumière ne pouvait être vue qu'en raison de l'effet de lentille gravitationnelle d'une galaxie située entre la Terre et la supernova.
Les scientifiques, dont les recherches sont décrites dans Nature, repéré la supernova dans des images d'archives du HST. La lumière de la supernova a été lentille gravitationnellement par l'amas galactique Abell 370, la faisant apparaître trois fois dans la même image. La supernova s'est produite dans une galaxie naine derrière Abell 370.
"Nous avons trouvé une explosion de supernova lointaine dans un seul instantané par le HST de la NASA montrant trois moments différents au début de l'explosion", a déclaré Wenley Chen, auteur principal du Nature papier qui est basé à l'Université du Minnesota aux États-Unis. Il dit Monde de la Physique, "Les supernovae à effondrement du cœur comme celle-ci marquent la mort des étoiles massives, qui sont de courte durée car elles brûlent rapidement par rapport aux étoiles de moindre masse.
supergéante rouge
Lorsque le noyau de l'étoile a explosé, une onde de choc a été lancée qui a chauffé la partie externe de l'étoile, la faisant se dilater et se refroidir en cours de route. Cela donne lieu à une courbe de lumière (comment la luminosité d'une étoile change avec le temps) avec une forme distincte qui dépend de la taille de l'étoile qui a explosé. À partir de là, l'équipe estime que le rayon de l'étoile progénitrice était environ 530 fois plus grand que celui du Soleil, une taille qui correspond à une supergéante rouge. L'important décalage vers le rouge de la courbe de lumière de l'étoile signifie que l'univers n'avait que 2.2 milliards d'années lorsque la supernova s'est produite.
"C'est la première fois que des scientifiques ont pu mesurer la taille d'une étoile supergéante mourante telle qu'elle était il y a plus de 10 milliards d'années », explique Chen. "Habituellement, les supernovae distantes sont trop faibles pour être détectées et identifiées à l'aide des télescopes existants."
Membre de l'équipe José Maria Diego de l'Instituto de Física de Cantabria en Espagne explique pourquoi cette détection est si importante. "Ce qui rend cette supernova spéciale, c'est que nous assistons aux premiers instants après l'explosion", a déclaré Diego. Monde de la physique. «Les supernovae se trouvent aussi normalement beaucoup plus près de nous. Celle-ci fait peut-être partie des cinq supernovae les plus éloignées jamais observées. »
Diego souligne également que ces types de supernovae à effondrement de cœur sont appelées "bougies standard" par les astronomes car leurs courbes de lumière sont si bien définies qu'elles peuvent être utilisées pour mesurer les distances cosmiques. Cela signifie que trouver plus d'exemples précoces comme celui-ci pourrait aider à tester des modèles d'évolution cosmique.
La théorie d'Einstein
En effet, cette supernova n'est visible qu'à cause d'un phénomène gravitationnel issu de la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein de 1915. La théorie dit qu'un objet massif tel qu'une galaxie provoque une déformation importante dans l'espace-temps proche et cette déformation va plier la trajectoire de la lumière qui passe à proximité de la galaxie.
En conséquence, une galaxie peut agir comme une lentille gravitationnelle qui peut focaliser la lumière d'une étoile lointaine vers la Terre, donnant aux astronomes une vue agrandie de l'étoile. Une lentille gravitationnelle peut également créer plusieurs images de la même étoile qui sont séparées dans l'espace.
L'objet lenticulaire massif responsable de l'apparition trois fois de la supernova lointaine dans l'image de Hubble est l'amas galactique Abell 370, situé à près de 5 milliards d'années-lumière de la Terre dans la constellation de Cetus.
Séquence temporelle
La lumière dans chacune des trois images a pris des chemins différents vers la Terre et ces chemins étaient de longueurs différentes. Cela signifie que les images montrent l'étoile à une séquence de trois moments différents dans les huit jours suivant l'explosion.
La lentille gravitationnelle crée la "croix d'Einstein" d'une supernova lointaine
"Le fait que l'une des images corresponde à quelques heures seulement après l'explosion est une découverte remarquable", ajoute Diego. "Nous voyons généralement des supernovae des jours ou des semaines après leur explosion. Seules les supernovae qui ont explosé près de nous ont été observées quelques heures après l'explosion. Nous n'avons jamais vu de supernova précoce à cette distance.
Chen dit que l'équipe prévoit d'utiliser le télescope spatial James Webb pour étudier plus avant la supernova et rechercher des supernovae plus gravitationnelles dans l'univers primitif. Il ajoute que la découverte de supernovae à effondrement de cœur plus éloignées devrait permettre aux astronomes de mieux comprendre la formation des étoiles dans l'univers primitif.
