Les supernovas désignent les derniers instants de vie d'une étoile massive. Mais certaines, appelées supernovas superlumineuses (SNSL), connues depuis une vingtaine d'années et observées uniquement en lumière visible, sont encore plus « extrêmes ». Elles peuvent en effet être jusqu'à 100 fois plus lumineuses qu'une supernova classique. Jusqu'alors, le mécanisme de cette intensité sans précédent restait inexpliqué.
Une découverte majeure dans les rayons gamma
En étudiant les données accumulées pendant 16 ans par le télescope spatial Fermi, les chercheurs ont analysé les six supernovas superlumineuses les plus proches détectées. Ils ont notamment identifié une émission de rayons gamma provenant de SN 2017egm, une supernova découverte en 2017. C'est la première fois que ce type d'explosion est détecté dans cette gamme d'énergie très élevée. Pour les astrophysiciens, il s'agit d'un indice inédit sur le mécanisme qui rend ces explosions plus lumineuses que les supernovas ordinaires.
Les chercheurs pensent que cette supernova aurait été alimentée par un objet extrêmement rare, appelé magnétar, une étoile à neutrons au champ magnétique extrêmement intense ou étoile magnétique. Un magnétar fraîchement formé au sein de la supernova tourne à plus de 100 tours par seconde, générant un flux intense d'électrons et de positrons. Ce flux forme un vaste nuage de particules énergétiques, appelé nébuleuse de vent de magnétar, produit un flux important de rayons gamma.
Au début, ces rayons restent piégés à l'intérieur de la coquille car absorbés par les débris de l'étoile et transformés en lumière visible ce qui rend la supernova extraordinairement brillante en lumière visible. Puis, environ trois mois après l'explosion, les débris se dilatent et se refroidissent rendant la coquille transparente aux rayons gamma et ceci peuvent enfin s'échapper. C'est ce qu'a observé le télescope Fermi.
Une première preuve directe de l'existence de magnétars « millisecondes »
Pour les astrophysiciens, cette découverte est particulièrement importante car elle pourrait constituer la première preuve directe de l'existence des « magnétars millisecondes ».
En effet, jusqu'à aujourd'hui les magnétars avaient été observés uniquement dans des cas où ils tournent lentement et donnent naissance à une supernova classique. Les modèles théoriques suggéraient l'existence de magnétars tournant rapidement et donnant naissance à des supernovas extrêmes : la rotation rapide aidant à la fois à la génération du champ magnétique extrême des magnétars et jouant le rôle d'énorme réservoir d'énergie pour l'explosion.
Mais ces magnétars dit millisecondes n'étaient jusqu'à présent qu'une hypothèse théorique : ces observations en rayon gamma viennent d'apporter la preuve directe de leur existence.
Une nouvelle fenêtre sur l'observation des explosions les plus extrêmes
A l'avenir, les observations de supernovas par le télescope Fermi pourraient être couplées aux données recueillies par le Cherenkov Telescope Array Observatory (CTAO), en cours de construction dans le désert de l'Atacama au Chili et aux Îles Canaries en Espagne.
Le CEA-Irfu a également évalué la capacité du futur observatoire à détecter des événements similaires. Avec environ 50 heures d'observation, une supernova comme SN 2017egm pourrait être repérée jusqu'à 500 millions d'années-lumière et ajoute une nouvelle classe d'objets à la liste des cibles que CTAO pourra observer.