De génération d’étoiles en génération d’étoiles, la galaxie s’enrichit en éléments lourds. Les plus puissants moteurs de l’évolution chimique des galaxies sont les supernovae.

QU'EST-CE QU'UNE SUPERNOVA ?

Une supernova est une étoile qui explose après implosion, ou effondrement, de son cœur. Elle devient aussi brillante que des milliards d’étoiles. Les supernovae sont les résultats d’événements spectaculaires mais rares, leur fréquence est de l’ordre de trois par siècle dans les galaxies semblables à la nôtre.
Les supernovae sont importantes pour la compréhension de notre galaxie. En effet, elles chauffent le milieu interstellaire, elles y dispersent les éléments lourds et elles accélèrent les rayons cosmiques (voir chapitre ci-dessous). Les observations des supernovae sont basées sur leur courbe de lumière, c’est-à-dire l’évolution de leur luminosité au cours du temps, de leur luminosité maximale et de leur spectre. La comparaison de ces différentes données permet de classifier les supernovae.

LES DIFFÉRENTS TYPES DE SUPERNOVAE

Dans un premier temps, la présence, ou non, d’hydrogène dans le spectre permet de classifier les supernovae en deux types : I (absence d’hydrogène) et II (présence d’hydrogène).
Mais à cette classification spectroscopique traditionnelle, s’est substituée récemment une distinction physique caractérisant le mode d’explosion : thermonucléaire ou gravitationnel.

LES SUPERNOVAE THERMONUCLÉAIRES

Lorsque deux étoiles cohabitent, elles gravitent l’une autour de l’autre, c’est un système binaire. Les supernovae de type thermonucléaire surviennent dans les systèmes binaires lorsqu’une des deux étoiles est une naine blanche. La matière de la première tombe sur la naine blanche, dont la masse atteint alors 1,4 fois celle du Soleil. Elle s’effondre et explose. Toute la matière est dispersée dans l’espace, il ne reste rien au centre de la supernova.

LES SUPERNOVAE GRAVITATIONNELLES

Une supernova de type gravitationnelle correspond à l’explosion d’une étoile en fin de vie. Elle explique la formation des éléments les plus lourds de l’Univers. L’énergie libérée en une journée correspond à celle de notre Soleil durant ces trois derniers millions d’années. Elle éjecte d’énormes quantités de gaz et de poussière.
L’implosion du cœur d’une étoile massive, suivie immédiatement d’une expulsion de l’enveloppe, libère une fabuleuse énergie, essentiellement sous forme de neutrinos. Seul un dix millième de l’énergie totale se manifeste sous forme de lumière visible.
Selon la masse initiale de l’étoile qui explose, l’implosion du cœur de fer d’une étoile massive laisse subsister un objet dense que l’on peut identifier à une étoile à neutrons ou à un trou noir.

LES SUPERNOVAE À L'ORIGINE DES ÉLÉMENTS LOURDS

Au centre de l’étoile massive qui va devenir supernova, la densité est telle que le proton se transforme en neutrons en capturant un électron. Cette boule de neutrons d’un diamètre d’une trentaine de kilomètres restera après l’explosion à l’emplacement de la supernova, c’est une étoile à neutrons.
La matière qui est projetée dans l’espace lors de l’explosion est soumise à un très important flux de neutrons qui s’échappe de l’étoile à neutrons. Les noyaux les plus lourds de la nature (jusqu’à l’uranium) sont ainsi formés par capture rapide de neutrons par les noyaux issus de différentes phases de combustion de l’étoile dans les couches externes de la supernova qui explose. C’est le phénomène de nucléosynthèse explosive. Par exemple, les études ont permis de comprendre la production de l’or dans l’Univers par une succession de captures de neutrons et de désintégrations.
Les deux variétés de supernovae ne produisent pas les éléments dans les mêmes proportions, ni n’explosent au même rythme (une thermonucléaire pour cinq gravitationnelles). Les supernovae gravitationnelles produisent efficacement quantité d’éléments entre le carbone et le calcium, l’oxygène étant le plus abondant, alors que les supernovae thermonucléaires fournissent le fer et les éléments voisins. Selon les estimations, environ 50 % du fer viendrait de ce type de supernovae.

LES SUPERNOVAE À L'ORIGINE DU RAYONNEMENT COSMIQUE

Les ondes de choc produites par les supernovae brassent, agitent et échauffent le milieu interstellaire. Elles accélèrent sur leur passage des noyaux d’atomes et des électrons et sont à l’origine du rayonnement cosmique qui lui-même, par les réactions nucléaires qu’il induit sur son passage, est responsable de la genèse des noyaux légers, lithium, béryllium et bore.