Le télescope spatial James Webb vient peut-être de trouver sa première supernova

astronomes a vu quelque chose d’inhabituel se produire dans une galaxie lointaine dans des images récentes du télescope spatial James Webb – quelque chose qui n’était pas là lorsque Hubble a regardé la même galaxie pour la dernière fois.

“Nous soupçonnons que c’est une supernova”, astronome Mike Engesser du Space Telescope Science Institute (STScI) dit : Inverse. Trouver des événements cosmiques de courte durée comme les supernovas n’est pas ce pour quoi Webb a été conçu, mais le télescope spatial nouvellement opérationnel semble être plein de surprises. Et cela pourrait ouvrir la porte à la recherche de l’agonie des premières générations d’étoiles massives de l’univers.

Quoi de neuf – Engesser et ses collègues disent que l’objet brillant est probablement la première supernova observée par le télescope Webb. Par exemple, il est extrêmement brillant par rapport au reste de la galaxie. Et Webb a observé la galaxie, nommée SDSS.J141930.11+5251593, deux fois, à cinq jours d’intervalle ; l’objet s’est un peu estompé au cours de ces cinq jours – comportement classique de supernova.

“Nous aurions besoin de plus de données de séries chronologiques pour prendre une décision, mais les données dont nous disposons correspondent à celles d’une supernova, c’est donc un très bon candidat”, a déclaré Engesser.

Cette série d’images montre le même ensemble de galaxies – d’abord vues par Hubble puis par Webb. Dans le coin inférieur droit, une image montre les différences de luminosité entre les deux images. Pouvez-vous repérer la supernova?STScI

La galaxie, dont nous ne répéterons pas le nom astronomique volumineux, se situe entre 3 et 4 milliards d’années-lumière, de sorte que les astronomes voient la lumière s’estomper lentement d’une explosion qui s’est produite il y a 3 à 4 milliards d’années. La mort réelle d’une étoile prend une fraction de seconde, mais la boule de feu qui en résulte met des jours à se développer et à s’éclaircir, puis s’estompe progressivement au cours des mois à venir. C’est un clin d’œil en temps astronomique, c’est donc une pure chance que Webb ait repéré cette supernova peu de temps après que sa luminosité ait atteint son maximum.

“C’est particulièrement excitant parce que nous avons montré qu’avec Webb, nous pouvons trouver et détecter de nouveaux transitoires, ce pour quoi JWST n’a pas été conçu”, déclare Engesser. “Mais c’est l’une des choses que nous montrons que nous pouvons faire de manière ad hoc.”

Aussi polyvalent soit-il, Webb n’est pas le genre de télescope que les astronomes utilisent généralement pour rechercher des objets de courte durée comme les supernovas. Habituellement, ce travail est effectué par des télescopes sur Terre ici sur Terre, qui imagent de vastes zones du ciel chaque nuit.

Webb, d’autre part, regarde beaucoup, beaucoup plus profondément dans de plus petites parcelles de ciel. La première image en champ profond du télescope, publiée le 12 juillet, couvre une zone du ciel que vous pourriez recouvrir d’un grain de sable tenu à bout de bras.

“Donc, la chance réelle de trouver un transitoire dans le champ que vous regardez est assez mince – ou du moins nous pensions que ce serait le cas”, déclare Engesser. “Mais comme vous l’avez probablement entendu, chaque champ JWST en ce moment est un champ profond, donc il y a des galaxies partout, et maintenant nous pensons, oh, nous pourrions avoir de très bonnes chances de détecter des supernovae tout le temps.”

Voici le contexte — Les télescopes terrestres qui recherchent généralement des supernovae prennent des images des mêmes grandes zones du ciel toutes les quelques nuits. Leur logiciel de traitement de données compare chaque nouvelle image avec les images précédentes de la même zone, à la recherche de tout ce qui a pu changer.

Pour faire de même avec les télescopes spatiaux, Engesser et ses collègues ont comparé les nouvelles données de l’instrument NIRCam de Webb avec des images Hubble de la même zone. Ils ont utilisé un logiciel pour rechercher des différences qui pourraient révéler ce que les astronomes appellent des “transitoires”, des objets qui apparaissent, disparaissent, s’allument ou s’assombrissent sur une échelle de temps que nous pouvons voir en temps réel.

C’est ainsi que l’équipe a trouvé la supernova. C’est aussi ainsi qu’ils ont trouvé une supernova qui a pris vie en 2013. Les astronomes le savaient, appelé 2013 EJ, mais la boule de feu autrefois brillante s’est depuis longtemps trop estompée pour que la plupart des télescopes puissent la voir.

“Il y a beaucoup de questions sur cet objet particulier et sur le type d’étoile qu’il s’agissait et sur son environnement – comme à quel point est-il poussiéreux ? On dirait que c’est très poussiéreux”, dit Engesser.

Parce que les supernovas ont tendance à s’estomper au cours de quelques mois, les astronomes ne voient généralement pas leurs stades beaucoup plus tardifs, ce qui pourrait fournir plus d’indices sur le type d’étoile qui a explosé, ainsi que sur la physique de cette explosion stellaire. La vision profonde de l’univers de Webb pourrait encore plus facilement suivre les conséquences d’une supernova comme 2013 EJ plusieurs années plus tard.

SN 2013EJ vu par le projet de télescope virtuel.Projet de télescope virtuel

“Donc, observer cela maintenant avec Webb est vraiment cool comme moyen d’explorer l’environnement super récent autour de grandes supernovas brillantes comme celle-ci”, déclare Engesser. “Nous obtenons de nouvelles informations que nous ne pouvions pas obtenir auparavant.”

Engesser appelle les deux détections – la supernova nouvellement découverte et celle qui s’estompe que les scientifiques avaient perdues de vue – une preuve de concept. Lui et ses collègues font partie de l’équipe de recherche Transient Science @ Space Telescope, dirigée par l’astrophysicien Ori Fox au STScI. L’équipe de Fox prévoit d’utiliser Webb pour rechercher des supernovae dans les galaxies les plus anciennes et les plus éloignées de l’univers, le genre que même Hubble a du mal à voir.

“Si nous pouvons détecter de nouvelles choses, alors nous pouvons faire ce genre de rotation très rapide des propositions d’opportunité, où nous détectons quelque chose et ensuite nous pouvons dire, ‘D’accord, interrompez tout le reste. Nous voulons observer cette chose maintenant ; c’est le moment sensible'”, explique Engesser. “Une fois qu’on a un beau répertoire” [of supernovae] construit, nous pouvons dire: “D’accord, c’est en fait très gratifiant pour nous d’avoir ces observations sensibles au temps de supernovae à super décalage vers le rouge.”

Pourquoi est-ce important – Des supernovae anciennes et lointaines pourraient aider les astronomes à mieux comprendre la structure de l’univers et comment il s’étire et se dilate au fil du temps. La plupart des physiciens s’accordent maintenant à dire que l’univers est en expansion et que l’expansion s’accélère ; c’est grâce à une étude de 1998 qui a utilisé un type spécifique de supernova pour aider à mesurer les distances entre les objets dans le cosmos. Ces supernovas, appelées supernovas de type Ia, se produisent lorsqu’une étoile naine blanche dans un système binaire vole (ou accrète) tellement de matière à son étoile compagne que la naine blanche gourmande s’effondre sous sa propre masse.

Étant donné que les supernovas de type Ia ont toujours la même luminosité, les astronomes peuvent mesurer la luminosité d’une supernova pour calculer à quelle distance elle et sa galaxie hôte se trouvent. Les astronomes appellent les objets de luminosité connue des “bougies standard”.

“En regardant le décalage vers le rouge de ces supernovae, vous pouvez mesurer à quelle vitesse elles s’éloignent de vous, ainsi qu’à quelle distance elles se trouvent”, explique Engesser. “Donc, l’une des choses que nous voulons faire avec Webb est de détecter les supernovae avec des décalages vers le rouge très élevés pour affiner davantage la nature cosmologique de l’univers et son évolution au fil du temps.”

Les supernovae les plus anciennes de l’univers recèlent également des indices sur la mort brève et violente de la première génération d’étoiles très massives de l’univers. Ces anciennes étoiles géantes étaient peut-être très différentes des étoiles géantes de l’univers proche et récent qui nous est plus familier.

“Nous pensons qu’au cours des premiers millions d’années, les étoiles auraient été principalement, presque entièrement, de l’hydrogène et de l’hélium, par opposition aux types d’étoiles que nous avons maintenant. Elles auraient été énormes – 200 à 300 fois la masse de notre soleil, et ils auraient certainement eu une sorte de style de vie “vivre vite, mourir jeune” », déclare Engesser. “Voir des explosions comme celle-ci est quelque chose que nous n’avons pas encore vraiment fait.”

Et après – Engesser et son équipe n’ont pas encore décidé de réexaminer la supernova qu’ils ont découverte.

“Les supernovas dans le grand schéma des choses sont en fait assez courantes”, dit-il. “Cette supernova est intéressante dans la mesure où Webb a été le premier à la trouver, ce qui est étonnant. Elle n’est peut-être pas si intéressante en soi. Nous cherchons toujours à savoir si nous voulons faire des observations de suivi de cette chose.”

Si les astronomes décident d’étudier plus avant leur supernova nouvellement découverte, cela pourrait répondre à certaines questions spécifiques. Regarder la lumière de la supernova s’estomper au fil du temps pourrait révéler quel type de supernova – comme le type Ia – Engesser et ses collègues ont trouvé. La mesure des spectres lumineux de la supernova pourrait révéler quels éléments chimiques composaient l’étoile mère, et donc quel type d’étoile a explosé si violemment.

Mais en attendant, Engesser et ses collègues se concentrent sur la recherche de points lumineux plus transitoires dans la vision profonde de l’univers de Webb.

Cette histoire a été mise à jour le 28 juillet 2022 pour inclure les cinq derniers paragraphes.

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