Certaines supernovae très brillantes pourraient provenir de la création de paires de particule et antiparticule. Un groupe d’astrophysiciens pense avoir observé le premier exemple indiscutable de ce type d’explosion d’étoile avec de l’antimatière : SN 2016iet.

Il y a presque 50 ans, plusieurs astrophysiciens théoriciens ont prédit que certaines étoiles étaient instables à cause d’un phénomène bien décrit par les équations de l’électrodynamique quantique. En effet, avec une paire de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-photon-3500/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Photon" data-number data-copy="Particule élémentaire (quantum) de la lumière. Un photon est un boson.
Le nom photon vient du grec et signifie "lumière". En effet, le photon transmet l’interaction électromagnétique, la lumière étant un exemple d’onde électromagnétique.” data-url=”/sciences/definitions/physique-photon-3500/” data-more=”Lire la définition”>photons gamma suffisamment énergétiques, un calcul mené à l’aide des fameux diagrammes de Feynman, bien connus des spécialistes de la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-physique-15839/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Physique" data-number data-copy="La physique est une science de la nature expérimentale qui étudie les phénomènes naturels et leurs évolutions. Elle établit des théories qui permettent de les modéliser et, de fait, de les prévoir.
Les théories établies par la physique s’appliquent dans des cadres bien définis.
La physique…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/9/6/896f032c90_91933_physique-def.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-physique-15839/” data-more=”Lire la suite”>physique des hautes énergies, indique que des paires de particule-antiparticule peuvent être créées.

Dans le cas d’une étoile très massive dépassant les 100 <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-masse-15213/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Masse" data-number data-copy="La masse est une propriété physique fondamentale d’un corps. Elle rend compte, dans une bonne approximation, de la quantité de matière contenue dans ce corps indépendamment de l’endroit où&nbsp;il se trouve.
L’unité de la masse : le kilogramme
La masse se représente par le symbole m et, dans…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/8/4/b/84b0382c5e_80528_masse.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-masse-15213/” data-more=”Lire la suite”>masses solaires, beaucoup des photons produits par les réactions thermonucléaires dans le cœur de ces étoiles sont dans le domaine gamma. Or, ils peuvent donner naissance chacun à une paire d’électron-positron s’ils possèdent suffisamment d’énergie. Il s’agit au fond d’une conséquence assez simple de la formule d'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/personnalites/physique-albert-einstein-205/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Albert Einstein" data-number data-copy="Physicien américain d'origine allemande, Albert Einstein a changé par sa théorie fondamentale de la relativité, la conception humaine du temps, de l'espace et de l'univers, bouleversant la pensée scientifique et philosophique.
&quot;La Science sans la religion est boiteuse ; la religion sans…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/0/a/70a355b0b6_50142362_einstein-1000.jpg” data-url=”/sciences/personnalites/physique-albert-einstein-205/” data-more=”Lire la suite”>Einstein, E=mc2, l’énergie des photons étant convertie en la masse des deux particules.

Lorsque la création de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/matiere-matiere-15841/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Matière" data-number data-copy="On désigne&nbsp;par le terme de matière&nbsp;tout ce qui compose les corps qui nous entourent, tout ce qui a une masse et un volume.
Matière organique, matière azotée, etc.
Il existe différentes familles comme :

la matière organique, qui constitue les êtres vivants (animaux ou végétaux) ou…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/e/7/0/e70ccaaf4a_91935_matiere.jpg” data-url=”/sciences/definitions/matiere-matiere-15841/” data-more=”Lire la suite”>matière et d’antimatière selon ce processus devient importante, la pression du flux de photons gamma sur les couches de l’étoile devient insuffisante pour s’opposer à sa contraction sous l’effet de sa propre gravité, car une partie du rayonnement est convertie en une composante qui se comporte comme un mélange de gaz à plus faible pression. Or, cette même contraction va augmenter le taux des <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-reaction-nucleaire-1005/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Réaction nucléaire" data-number data-copy="Comme le terme le laisse entendre, une réaction nucléaire correspond à un phénomène de transformation de noyaux atomiques (nucléons)&nbsp;sous l’action de particules (neutrons, protons, deutrons, etc.) ou de radiations α, β ou γ. Une réaction nucléaire dégage de l’énergie.
Réaction nucléaire…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/0/c/0/0c0a1e2d79_93358_reaction-nucleaire.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-reaction-nucleaire-1005/” data-more=”Lire la suite”>réactions nucléaires en chauffant le cœur de l’étoile. La production de photons gamma créateurs d'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-antimatiere-4998/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Antimatière" data-number data-copy="L'antimatière est une forme "miroir" de la matière. Elle a été prédite en 1931 par Paul Dirac à partir de l'équation qu'il a découverte presque par des considérations purement mathématiques et esthétiques en cherchant une forme relativiste pour l'équation de Schrödinger des électrons.
Il a…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/a/e/d/aedbc58f55_50034838_img022.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-antimatiere-4998/” data-more=”Lire la suite”>antimatière va encore être accrue et le processus devient instable lorsque l’étoile contient au moins 130-140 masses solaires (en dessous, il se produit des oscillations et l’étoile devient pulsante). Il s’emballe.

La température ne va cesser de grimper et en très peu de temps le cœur de l’étoile, contenant un mélange de noyaux de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-carbone-3873/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Carbone" data-number data-copy="Élément indispensable à la vie et en chimie organique, le carbone forme plus de composés que tous les autres éléments chimiques réunis.
Généralités
Symbole : CNuméro atomique : 6Électrons par niveau d’énergie : 2, 4Masse atomique : 12,011 uIsotopes les plus stables : 12C stable avec six…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/2/1/9/2198868bcb_69707_carbone.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-carbone-3873/” data-more=”Lire la suite”>carbone et d'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-oxygene-798/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Oxygène" data-number data-copy="Troisième élément le plus fréquent dans l’univers, l’oxygène est l’une des pierres angulaires du vivant et forme des composés avec presque tous les autres éléments.
Généralités
Symbole : ONuméro atomique : 8Électrons par niveau d’énergie : 2, 6Masse atomique : 15,999 uIsotopes les plus stables…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/4/7/d/47dc2cafaf_59586_rust-screw.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-oxygene-798/” data-more=”Lire la suite”>oxygène, va exploser du fait des réactions thermonucléaires qui se produisent alors en convertissant sa matière en noyaux lourds. Prend alors naissance un nouveau type de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-supernova-60/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Supernova" data-number data-copy="Une supernova est l'explosion cataclysmique d'une étoile qui, pendant un temps, peut briller plus vivement qu'une galaxie entière composée de centaines de milliards d'étoiles. On distingue essentiellement deux grandes familles de supernovae&nbsp;: les SN II et les SN Ia.
Extrait du…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/a/9/4/a940132305_50034136_supernova1987a.jpg” data-url=”/sciences/definitions/univers-supernova-60/” data-more=”Lire la suite”>supernova baptisée Pair Instability Supernovae (PISNe) ne laissant aucun <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/etoile-astre-851/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Astre" data-number data-copy="En astronomie, un astre désigne tout corps céleste et visible par lui-même (comme le soleil) ou empruntant sa clarté à un autre corps (comme la Lune).
Voici une liste d’objets célestes pouvant être dénommé astre (non…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/6/c/c/6cc6562b02_127395_astre-c-esa-hubble-nasa.jpg” data-url=”/sciences/definitions/etoile-astre-851/” data-more=”Lire la suite”>astre compact derrière elle (sauf éventuellement un trou noir si l’étoile est suffisamment massive, c’est-à-dire probablement au-delà de 260 masses solaires). L’explosion doit surpasser celle d’une supernova normale et s’accompagner de la production d’une grande quantité de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-nickel-14795/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Nickel" data-number data-copy="Surnom de la pièce de cinq cents dans les pays nord-américains, le nickel est aussi un élément présent dans de nombreux alliages, jusque dans les bijoux.
Généralités
Symbole : NiNuméro atomique : 28Électrons par niveau d’énergie : 2, 8, 16, 2Masse atomique : 58,69 uIsotopes les plus stables :…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/9/b/d/9bdc7811df_73133_nickelccwiki.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-nickel-14795/” data-more=”Lire la suite”>nickel radioactif en plus d’une grande quantité de matière éjectée.

Mais attention, si l’étoile est en quelque sorte annihilée, ce n’est pas la production d’antimatière qui en est responsable, les positrons ne pouvant d’ailleurs pas annihiler les protons et les <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-neutron-3498/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Neutron" data-number data-copy="Le neutron est une particule neutre qui compose le noyau des atomes avec les protons. Pour cette raison, on l’appelle aussi, tout comme le proton, un nucléon. Il a été découvert en 1932 par James Chadwick.
Ce n’est pas une particule élémentaire, pas plus que le proton, car il est composé de…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/1/5/5/15590279f6_71819_atome.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-neutron-3498/” data-more=”Lire la suite”>neutrons des noyaux de l’étoile. C’est bien le souffle de l’explosion, l’onde de choc produite, qui disperse totalement la matière de l’étoile génitrice de la PISNe.

SN 2016iet : une supernova exotique repérée par Gaia

Depuis quelques années, des candidats au titre de PISNe ont été détectés mais en dernière analyse, aucun n’a finalement convaincu la communauté des astrophysiciens. Il semble que cela va changer avec l’annonce faite par une équipe de chercheurs principalement états-uniens via un article publié dans The Astrophysical Journal et en accès libre sur arXiv.

Tout a commencé, le 14 novembre 2016, avec la détection par le satellite Gaia de l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-esa-2466/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="ESA" data-number data-copy="L'ESA (European Space Agency) est l'Agence spatiale européenne. Equivalent de la NASA en Europe.&nbsp;
L’Agence spatiale européenne représente pour l’Europe une porte d’accès à l’espace. Sa mission consiste à façonner les activités de développement des capacités spatiales européennes et à faire…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/0/9/f/09f0b05e28_50034401_logo-esa-fs.jpg” data-url=”/sciences/definitions/univers-esa-2466/” data-more=”Lire la suite”>ESA de la supernova cataloguée sous la dénomination de SN 2016iet. Elle a rapidement mobilisé une batterie de télescopes et d’observateurs, en particulier le télescope Gemini North au sommet du Mauna kea à Hawaï, mais aussi le télescope Magellan situé à l’observatoire Las Campanas au Chili.

SN 2016iet s’est révélée être une supernova très inhabituelle, déjà par le fait que la durée de sa courbe de <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/physique-lumiere-326/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Lumière" data-number data-copy="On désigne&nbsp;par le terme de «&nbsp;lumière visible »&nbsp;le spectre du rayonnement électromagnétique perceptible par l’œil humain.
La lumière blanche
Les longueurs d’ondes&nbsp;de la lumière visible&nbsp;s’échelonnent d’environ 380 nm (violet) à 780 nm (rouge).&nbsp;Le spectre visible est…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/b/6/9/b697a0c09f_85912_lumiere.jpg” data-url=”/sciences/definitions/physique-lumiere-326/” data-more=”Lire la suite”>lumière était anormalement longue et il a fallu environ 800 jours avant que sa luminosité tombe au centième de celle qu’elle avait à son maximum. Il y avait aussi peu d’émissions de raie de l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-hydrogene-14495/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Hydrogène" data-number data-copy="Élément le plus léger dans l’univers et premier élément dans le tableau périodique, l’hydrogène est aussi le plus abondant, constituant les étoiles comme les nuages moléculaires. Il compose aussi l’une des molécules vitales pour la vie : l’eau.
Généralités
Symbole : H Numéro atomique :…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/3/8/8/38807f95a1_50010101_equinoxprom-eit-big.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-hydrogene-14495/” data-more=”Lire la suite”>hydrogène, ce qui indiquait une étoile plutôt isolée ainsi qu’un manque de signatures de la présence d’éléments lourds. Il s’agissait somme toute de signatures chimiques très curieuses pour une supernova dont la distance à la <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/univers-voie-lactee-3729/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Voie lactée" data-number data-copy="La Voie lactée est le nom de notre galaxie. Foyer du Système solaire, elle est de type spiral, s’étend sur environ 100.000 années-lumière et contient 100 à 400 milliards d’étoiles. À cela il faut ajouter au moins autant de planètes.
Depuis la Terre, on ne peut observer qu’une coupe transversale…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/7/7/7/777b761907_120668_voie-lactee-galaxie.jpg” data-url=”/sciences/definitions/univers-voie-lactee-3729/” data-more=”Lire la suite”>Voie lactée (environ un milliard d’années-lumière) indiquait qu’elle était intrinsèquement très lumineuse pour être aussi brillante et devait donc provenir d’une étoile particulièrement massive.

Selon les astrophysiciens, toutes ces caractéristiques s’interprètent très bien si l’on est en présence d’une supernova par production de paires qui est, soit une vraie PISNe si l’étoile génitrice était assez massive, soit, dans le cas contraire, une variante que l’on appelle une PPISNe pour pulsational pair-instability supernova, en anglais. Dans ce dernier cas, il y a bien une production d’antimatière et un emballement des réactions thermonucléaires, mais l’explosion résultante ne fait qu’éjecter quelques dizaines de masses solaires, sans détruire l’étoile initiale qui devient dès lors potentiellement pas suffisamment massive pour que se produise à nouveau une PPISNe.

Les chercheurs sont tout de même un peu perplexes du fait que l’étoile génitrice était assez isolée alors que des étoiles dépassant les 100 masses solaires ne naissent de nos jours, et rarement, que dans des amas d’étoiles. Autrefois, ces béhémoths devaient constituer les toutes premières étoiles mais avec ces masses, elles ne peuvent vivre que quelques millions d’années tout au plus.

Par contre, on s’attendait à la formation de ces étoiles géantes dans un milieu pauvre en éléments métalliques, comme disent les astrophysiciens, ce qui dans leur jargon signifie pauvre en éléments au-delà de l’hydrogène et l'<a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-helium-4813/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Hélium" data-number data-copy="L’hélium inaugure le groupe des gaz rares dans le tableau périodique. Presque inerte, il est le deuxième élément le plus abondant dans l’univers après l’hydrogène.
Généralités
Symbole : HeNuméro atomique : 2Électrons par niveau d’énergie : 2Masse atomique : 4,003 uIsotopes les plus stables :…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/9/a/e/9ae62bedde_70382_zepplinheliumjpg.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-helium-4813/” data-more=”Lire la suite”>hélium. On trouve ce milieu dans les galaxies naines qui n’ont pas pu évoluer chimiquement de façon importante du fait de leurs caractéristiques. Il se trouve précisément que SN 2016iet s’est formée à quelques dizaines de milliers d’années-lumière d’une telle galaxie.

La mise en service prochaine du LSST devrait permettre de détecter un plus grand nombre de supernovae et donc, espérons-le, de candidats au titre de supernova par production de paires. Leur existence, qui signale aussi celle d’étoiles massives, sera alors assise sur des bases encore plus <a data-tooltip href="https://www.futura-sciences.com/sciences/definitions/chimie-solide-15332/" class="tooltip-link" data-color="purple" data-title="Solide" data-number data-copy="Avec notamment l’état liquide et l’état gazeux, l’état solide est l’un des états de la matière. Dans l’état solide, ions, atomes ou molécules sont fortement liés les un(e)s aux autres et ne disposent que de&nbsp;très peu de liberté de mouvement.
Cristaux et solides amorphes
À l’échelle…” data-image=”https://fr.cdn.v5.futura-sciences.com/buildsv6/images/midioriginal/e/6/8/e6888a7dfb_82227_solide.jpg” data-url=”/sciences/definitions/chimie-solide-15332/” data-more=”Lire la suite”>solides.

Ce qu’il faut retenir

  • La température à l’intérieur d’une étoile est d’autant plus élevée qu’elle est massive. Quand elle atteint environ 100 masses solaires, cette température est si élevée que les réactions de fusion thermonucléaire produisent des photons gamma capables de matérialiser des paires d’électron et de positron.
  • Cette production d’antimatière fait baisser la pression du rayonnement s’opposant à la contraction de l’étoile qui tend alors à s’effondrer, ce qui fait grimper la température en comprimant le plasma et le rayonnement de l’étoile et peut conduire à un emballement des réactions de fusion.
  • Entre 100 et 130-140 masses solaires, l’étoile peut se mettre à pulser en faisant des explosions en supernova mais qui ne détruisent pas l’étoile, éjectant juste des dizaines de masses solaires.
  • Au-delà de 130-140 masses solaires, la supernova par production de paires devient une Pair Instability Supernovae (PISNe), c’est-à-dire une supernova par instabilité de paires et le souffle de son explosion la détruit complètement.
  • Le premier cas solide de supernova par production de paires, qu’il soit une Pair Instability Supernovae (PISNe) ou une PPISNe pour pulsational pair-instability supernova si l’étoile est en dessous de 140 masses solaires, a probablement été observé : SN 2016iet.
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