Découverte de l’émission des raies gamma du 56Co d’une supernova de type Ia avec l’observatoire INTEGRAL

Une équipe de chercheurs, dont des chercheurs de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie à Toulouse (CNRS/Université Paul Sabatier ; Observatoire Midi-Pyrénées), a découvert l’émission gamma de basse énergie1 en provenance de la supernova de type Ia SN2014J en analysant les observations réalisées par le spectromètre SPI et l’imageur ISGRI/IBIS de l’observatoire spatial INTEGRAL (International Gamma-Ray Laboratory de l’Agence Spatiale Européenne). C’est la première fois qu’un tel rayonnement est observé en provenance de ce type de supernova.

La supernova SN2014J a été découverte en optique le 21 janvier 2014 dans la galaxie M82, a une distance de 3.5 megaparsec2. Elle a été rapidement identifiée comme une supernova de type Ia qui est issue de l’explosion thermonucléaire d’une naine blanche dans un système binaire serré. Il s’agit de la supernova de type Ia la plus proche détectée depuis près de 40 ans.

En analysant les données de l’observatoire INTEGRAL, prises entre 50 et 100 jours après la date de l’explosion, les chercheurs ont observé des raies gamma nucléaires à 847 keV et à 1238 keV qui sont la signature de la décroissance radioactive de noyaux de 56Co dont la demi-vie est de 77 jours. Cette observation est la preuve directe de la production par nucléosynthèse d’une importante quantité de noyaux de 56Ni lors de l’explosion de l’étoile. Le 56Ni décroit rapidement, avec une demi-vie de 6 jours, en 56Co qui décroit à son tour en noyau de fer (56Fe) en émettant les raies gamma nucléaires observées. L’observatoire INTEGRAL a aussi détecté l’émission (continuum) gamma due à la diffusion Compton de ces raies gamma avec la matière en expansion (voir figure).

Figure : Spectre de la supernova SN2014J mesuré par les instruments SPI (en rouge) et ISGRI/IBIS (en bleu) de l’observatoire spatial INTEGRAL. La courbe en noir présente un modèle théorique ajusté au spectre mesuré.

Les observations réalisées par INTEGRAL suggèrent qu’une masse de 0.6 masse solaire de 56Ni radioactif a été synthétisée pendant l’explosion. L’analyse spectrale des raies gamma permet d’estimer que la vitesse des ejecta est de 10000 km/s. Les propriétés du rayonnement observé sont en accord avec un scénario dans lequel une naine blanche massive explose après avoir accrété suffisamment de matière d’une étoile compagnon pour devenir instable gravitationnellement. Il n’est cependant pas possible d’exclure les scénarios qui proposent que ce type de supernova est dû à la fusion de deux naines blanches.

Selon les modèles de nucléosynthèse, les explosions de supernova sont la source principale du fer dans l’Univers. Les observations réalisées par INTEGRAL viennent de confirmer cette hypothèse. Elles fournissent aussi des informations précieuses pour comprendre la physique de l’explosion des supernovae de type Ia.

• Article :  » Cobalt-56 gamma-ray emission lines from the type Ia supernova 2014J« , Churazov et al., Nature, 28 Août 2014.
• Communiqué de Presse du CNRS-INSU : http://www.insu.cnrs.fr/node/4973
• Communiqué de Presse de l’ESA : http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/Integral_catches_dead_star_exploding_in_a_blaze_of_glory

• Site Web du CNES :  La production de fer dans une supernova observée en direct par INTEGRAL
• Site Web Enjoy Space :  Du fer dans les supernovae