La mission NuSTAR de la NASA lève le voile sur les processus d’explosion d’étoiles en supernovae

En juin 2012, la mission NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope ARray), de la NASA déployait le premier télescope spatial doté d’une optique capable de focaliser les rayons X durs (3-79 keV). Aujourd’hui, NuSTAR nous livre la cartographie du reste de la supernovae Cassiopée A. L’interprétation des résultats obtenus fait l’objet d’une publication, ce 20 février 2014, dans la revue Nature, à laquelle l’IRAP (CNRS / Université de Toulouse III), avec le soutien du CNES, est associé.

L’explosion d’une étoile en supernova demeure, aujourd’hui encore, un processus en partie méconnu des astronomes. Afin d’en percer le mystère, la mission NuSTAR vient de dresser la toute première carte de matière radioactive contenue dans les vestiges de la supernova Cassiopée A (Cas A).

Figure de droite : La toute première carte de matière radioactive (en bleu) contenue dans le résidu d’une supernova, dressée par la mission NuStar dans le domaine des rayons X durs. Image Credit: NASA/JPL-Caltech/CXC/SAO

Cassiopée A résulte de l’explosion en supernova d’une étoile massive, voici quelques 11 000 ans. De cette étoile massive ne subsistent aujourd’hui qu’un résidu stellaire extrêmement dense (une étoile à neutrons) ainsi que des éjecta de matière. Seules les étoiles dotées d’une masse supérieure à 8 masses solaires explosent à la fin de leur existence. Au cours de cette explosion, des métaux tels le Fer, le Titane et le Calcium sont dispersés dans l’espace. Sans les supernovae, ces éléments essentiels pour notre vie ne seraient pas disponibles.

L’observation et la compréhension des vestiges des supernovae est l’un des objectifs principaux de la mission. NuSTAR vient de fournir la première carte de distribution du Titane : un matériau produit au cœur de l’explosion. La distribution du Titane nous informe sur les différentes étapes de l’explosion de l’étoile. Les résultats de NuSTAR montrent que l’étoile aurait été secouée, ré-énergisant l’onde de choc liée à l’explosion. Cette onde aurait alors pour effet d’expulser les couches externes de l’étoile, en produisant les asymétries dans la distribution du Titane observées par NuSTAR.

Figure ci-dessus : progression de l’explosion de la supernova. Une étoile massive (à gauche), qui a créé des éléments lourds en son centre tels que le fer, explose (au centre), expulsant ses couches externes qui constitueront le reste de la supernova (à droite). Image Credit: NASA/CXC/SAO/JPL-Caltech

La radiographie en rayons X des restes de supernovae fournit un diagnostic direct du mécanisme de l’explosion et des informations complémentaires aux observations des éléments lourds, tels le Fer, qui sont chauffés.

Ces dernières observations sont effectuées en rayons X de plus basses énergies, avec les observatoires Chandra et XMM-Newton. Il nous reste à comprendre pourquoi les distributions spatiales des métaux différent, alors qu’à priori des éléments tels le Titane et le Fer sont produits simultanément au cours de l’explosion. « Cassiopée A n’a donc pas livré ses ultimes secrets, mais NuSTAR a déjà ouvert une nouvelle fenêtre sur les mécanismes d’explosion des étoiles massives » s’enthousiasme Matteo Bachetti, un des chercheurs de l’IRAP fortement impliqués dans la mission NuSTAR, et spécialiste des binaires X et des sources X ultra-lumineuses.