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

Astronomes a repéré quelque chose d’inhabituel se produisant 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) raconte Inverse. Trouver des événements cosmiques de courte durée comme les supernovae n’est pas ce pour quoi Webb a été conçu, mais le télescope spatial nouvellement opérationnel semble être plein de surprises. Et celui-ci 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 repérée par le télescope Webb. Il est extrêmement brillant par rapport au reste de la galaxie, d’une part. Et Webb a observé la galaxie, appelée SDSS.J141930.11+5251593, deux fois, à cinq jours d’intervalle ; l’objet s’est estompé, juste légèrement, 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”, déclare 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 peu maniable, 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 prochains mois. 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 apogée.

“En premier lieu, c’est excitant parce que nous avons montré que nous sommes capables de trouver et de détecter de nouveaux transitoires avec Webb, ce que JWST n’est pas conçu pour faire”, déclare Engesser. “Mais c’est l’une des choses que nous montrons que nous sommes capables de faire de manière ad hoc.”

Même aussi polyvalent qu’il soit, Webb n’est pas le genre de télescope que les astronomes utilisent généralement pour rechercher des objets à courte durée de vie comme les supernovae. La plupart du temps, ce travail est effectué par des télescopes au sol ici sur Terre, qui imagent de larges pans 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 de ciel que vous pourriez recouvrir d’un grain de sable tenu à bout de bras.

“Ainsi, la probabilité réelle que vous trouviez un transitoire dans le champ que vous examinez est assez faible – ou du moins nous pensions qu’elle serait faible”, déclare Engesser. “Mais comme vous l’avez probablement entendu, chaque champ JWST est un champ profond à ce stade, 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 vastes zones du ciel toutes les quelques nuits. Leur logiciel de traitement de données compare chaque nouvelle image aux images précédentes de la même zone, à la recherche de tout ce qui aurait pu changer.

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

C’est ainsi que l’équipe a trouvé la supernova. C’est aussi ainsi qu’ils ont localisé une supernova qui a pris vie en 2013. Les astronomes connaissaient celle-ci, appelée 2013 EJ, mais sa 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 dont il s’agissait et sur son environnement – comme à quel point est-il poussiéreux ? Il semble que ce soit très poussiéreux”, explique Engesser.

Parce que les supernovae ont tendance à s’estomper en quelques mois, les astronomes ne voient généralement pas leurs stades beaucoup plus tardifs, ce qui pourrait offrir 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 faciliter le suivi des conséquences d’une supernova comme 2013 EJ, même plusieurs années plus tard.

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

“Donc, observer cela maintenant avec Webb est en fait vraiment cool comme moyen d’enquêter sur l’environnement super tardif autour de grandes supernovae brillantes comme celle-ci”, déclare Engesser. “Nous obtenons de nouvelles informations que nous n’avions pas pu obtenir auparavant.”

Engesser appelle les deux détections – la supernova nouvellement découverte et celle qui s’estompe que les scientifiques avaient perdue 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 veut 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, cela nous permet de faire ce genre de propositions d’opportunités très rapides, où nous détectons quelque chose et ensuite nous pouvons dire:” D’accord, interrompez tout le reste. Nous voulons observer cette chose maintenant                                ‘ “Une fois qu’on a un beau répertoire [of supernovae] construit, nous pouvons dire: “D’accord, c’est en fait très utile pour nous d’avoir ces observations sensibles au temps de supernovae à super décalage vers le rouge.”

Pourquoi est-ce important – Les supernovae anciennes et lointaines pourraient aider les astronomes à mieux comprendre le tissu même de l’univers et comment il s’étire et s’étend au fil du temps. La plupart des physiciens s’accordent maintenant à dire que l’univers est en expansion et que cette 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 supernovae, appelées supernovae de type Ia, se produisent lorsqu’une étoile naine blanche dans un système stellaire binaire vole (ou accumule) tellement de matière à son étoile compagne que la naine blanche gourmande s’effondre sous sa propre masse.

Étant donné que les supernovae de type Ia ont toujours la même luminosité, les astronomes peuvent mesurer la luminosité d’une supernova afin de calculer à quelle distance elle et sa galaxie hôte se trouvent. Les astronomes appellent les objets dont la luminosité est 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 pouvoir faire avec Webb est de détecter les supernovae à très haut décalage vers le rouge pour contraindre encore plus la nature cosmologique de l’univers et son évolution dans le temps.”

Les supernovae les plus anciennes de l’univers contiennent également des indices sur la courte vie et la mort 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 que les étoiles des premiers millions d’années 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 massives – 200 à 300 fois la masse de notre Soleil, et ils auraient certainement vécu une sorte de style de vie “vivre vite, mourir jeune” », déclare Engesser. “Voir ces types d’explosions 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 supernovae 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 incroyable. En soi, ce n’est peut-être pas très intéressant. Nous cherchons toujours à savoir si nous voulons ou non faire des observations de suivi de cette chose. .”

Si les astronomes décident d’étudier plus avant leur supernova nouvellement découverte, cela pourrait répondre à quelques questions spécifiques. Regarder comment la lumière de la supernova s’estompe avec le temps pourrait révéler quel type de supernova – comme le type Ia – Engesser et ses collègues ont trouvé. La mesure des spectres de lumière 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 les vues profondes de Webb sur l’univers.

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



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