29 Août 2014

La production de fer dans une supernova observée en direct par INTEGRAL

Une équipe de chercheurs, incluant des français, a découvert l'émission gamma de basse énergie (1) 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 1ere fois qu'un tel rayonnement est observé en provenance de ce type de supernova.

Une importante quantité de noyaux de Nickel radioactif

La supernova SN2014J a été détectée dans le domaine visible le 21 janvier 2014 dans la galaxie M82, à une distance de 11,5 années-lumières. Elle a été rapidement identifiée comme une supernova de type Ia, issue de l'explosion thermonucléaire d'une naine blanche dans un système binaire (deux étoiles en rotation l'une autour de l'autre) 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 j après la date de l'explosion, les chercheurs ont observé des pics d'émission à 847 keV et à 1238 keV qui sont la signature de la décroissance radioactive de noyaux de cobalt radioactif (56Co), dont la demi-vie est de 77 j. Cette observation est la preuve directe de la production par nucléosynthèse d'une importante quantité de noyaux de Nickel radioactif (56Ni) lors de l'explosion de l'étoile. Le 56Ni décroit rapidement, avec une demi-vie de 6 j, en 56Co qui décroit à son tour en noyau de fer (56Fe) en émettant les photons gamma nucléaires observées. L'observatoire INTEGRAL a aussi détecté l'émission (continuum) gamma due à la diffusion Compton (2) de ces photons gamma avec la matière de la supernova en expansion.

Des ejcta à 10 000 km/s

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 10 000 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 scenarios 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 Ià.

(1) photons entre 100 keV et 10 MeV
(2) 11.5 millions d'années-lumière

Références de l'article

Cobalt-56 gamma-ray emission lines from the type Ia supernova 2014J, Churazov et al., dans la revue Nature du 28 août 2014.

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