De tous les phénomènes célestes, c’est le plus violent. En quelques secondes, une étoile explose, projetant dans l’espace une partie de sa matière à des vitesses prodigieuses. On aperçoit alors dans le ciel une étoile bien plus brillante qu’à l’accoutumée, lançant dans l’espace son dernier message lumineux, signal de son agonie apocalyptique.

A la veille du 23 février 1987, Sanduleak 69 202 est une étoile discrète. En quelques dizaines de secondes à peine, elle s'effondre et explose en supernova. Ce montage présente le Grand Nuage de Magellan avant et après l'explosion. Crédit : AAT, geoman.net.

Les étoiles enflent toutes dans leurs vieux jours. Elles connaissent en effet de sérieuses difficultés pour trouver le carburant nécessaire au maintien de leur équilibre (la chaleur interne contrecarre l’effet de la gravité). Si l’étoile est petite, elle gonfle et finit par se rétracter avant de se transformer en naine blanche, puis brune. En revanche, si l’étoile fait au moins 8 fois la masse du Soleil, elle est assez grosse pour pouvoir s’effondrer d’un seul coup : les réactions nucléaires sont en effet insuffisantes pour contrecarrer la gravité. L’étoile se condense donc en quelques minutes, en passant d’une géante rouge de quelques centaines de millions de kilomètres de diamètre à un objet de quelques milliers de kilomètres de diamètre.

Une étoile de la séquence principale, c'est-à-dire normale, a encore beaucoup de carburant nucléaire à brûler. Par contre, une géante rouge consomme toutes ses réserves jusqu'à l'épuisement : elle s'effondre alors sur elle-même, étant incapable de lutter contre sa propre gravité. Crédit : geoman.net.

Les particules atomiques étant extrêmement collées les unes aux autres, le cœur de l’étoile devient tellement dense que la contraction est stoppée. Par contre, le reste de l’étoile continue à se contracter à toute vitesse et finit par rebondir sur le cœur. Ce rebond dégage une énergie colossale : la plus grande partie de l’étoile est disloquée et éjectée dans l’espace à des vitesses impressionnantes (plusieurs dizaines de milliers de kilomètres par seconde). L’étoile émet alors en une seconde ce que notre Soleil produit en plusieurs années !

Si la masse du cœur de l’étoile explosée est supérieure à 2,5 fois la masse de notre Soleil, elle devient un trou noir : une étoile si compacte – quelques kilomètres de diamètre – et d’une gravité telle que même la lumière ne peut s’en échapper. Si la masse est inférieure, c’est une simple étoile à neutron qui se forme. Elle peut dégénérer en pulsar si le champ magnétique est assez fort et si sa rotation est rapide.

Voici la nébuleuse du Crabe, M 1, le vestige de la fameuse supernova observée en 1054. Le pulsar qui en résulte est indiqué par la flèche. Crédit : HST, NASA.

Il existe deux types de supernovae :

• Le type I correspond à l’explosion d’une petite étoile plutôt vieille et riche en éléments lourds.

• Le type II correspond à l’explosion d’une grosse étoile plutôt jeune et pauvre en éléments lourds.

Les supernovae de type I seraient issues de naines blanches (vieilles étoiles en fin de vie) couplées étroitement à une autre étoile. La naine blanche avale une partie de la matière de sa compagne, jusqu’à ce que sa masse soit telle qu’elle s’effondre sur elle-même. Ce type de supernova peut être jusqu’à 10 fois plus lumineux qu’une supernova de type II, qui correspond simplement à une grosse étoile qui s’effondre.

Les supernovae sont utiles en cosmologie, car elles permettent d’étalonner avec une bonne précision la distance des galaxies où ces phénomènes se produisent. En analysant leur courbe de lumière, on en déduit en effet l’éclat réel de la supernova et, en fonction de l’éclat observé, on tente de déduire sa distance. Ce phénomène étant particulièrement lumineux, il est visible dans de très lointaines galaxies.

L'étoile brillante bleue en bas à gauche de l'image est la supernova 1994D dans la galaxie NGC 4526. De tels jalons lumineux permettent aux astronomes de pauffiner leurs estimations de distance des objets très lointains. Crédit : HST, NASA.

Il semble qu’au cours des 2000 dernières années, seules 10 supernovae ont été visibles dans notre Galaxie. Pourtant, on estime qu’il se produit en moyenne 2 supernovae par siècle. Le problème est qu’elles apparaissent généralement dans le plan de la Voie Lactée, là où les poussières et les gaz sont les plus denses et masquent ces phénomènes à nos yeux. On observe en revanche régulièrement des supernovae dans d’autres galaxies, et certaines d’entre elles sont visibles à travers des télescopes d’amateur.

La plus célèbre supernova est sans doute celle de 1054, dans la constellation du Taureau. C’est elle qui a donné naissance à la nébuleuse du Crabe, M1. En son centre se trouve un pulsar, résidu de l’explosion. Le 23 février 1987, une supernova est apparue dans le Grand Nuage de Magellan. C’était la plus proche et la plus brillante des supernovae de l’astronomie moderne. Elle fut aisément visible à l’œil nu. Des instruments répartis tout autour de la planète détectèrent en même temps des neutrinos, une variété de particules émises en très grande quantité lors de l’explosion d’une supernova. Depuis, des structures lumineuses sont apparues et croissent autour du reste de l’étoile (sans doute un pulsar). Il s’agit d’interactions de la lumière et de l’onde de choc avec les gaz et les poussières émis par l’étoile avant son explosion.

En 1997, 10 ans après son explosion, la supernova SN1987A exhibe un double anneau de matière lumineuse. Crédit : HST, NASA.