mise à jour le 14 Mars 2007
CONFÉRENCE
" SUPER NOVAE : LA MORT EXPLOSIVE DES ÉTOILES "
Par Nicolas PRANTZOS Astrophysicien à l'IAP
Organisée par l'IAP
98 bis Av Arago, Paris 14 ème
 
le mardi 6 Mars 2007 à 19H30
 
Photos : JPM. pour l'ambiance (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur.  Voir les crédits des autres photos 
Comme toutes les conférences IAP, celle-ci est filmée par le CERIMES et les films sont disponibles à l'achat sur leur site.
 
BREF COMPTE RENDU
 
 
 
 
 
Nicolas Prantzos (à droite sur la photo) est astrophysicien à l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP), il est bien connu de nos lecteurs, il est présenté ici par Daniel Kunth de l'IAP.
 
 
Nicolas Prantzos a déjà publié de nombreux ouvrages sur le sujet, vous pouvez en consulter la liste à la fin de ce rapport.
 
 
Le but de cette conférence ce soir est de faire le point sur les super novae et sur la célèbre SN 1987, qui est unique dans la vie d'un astronome, car c'est "LA" SN des temps modernes.
 
 
 
 
 
LES SUPER NOVAE HISTORIQUES.
 
Ce sont les super novae vues par nos glorieux ancêtres, comme celle du Crabe de 1054 la plus proche de nous , de Tycho et de Kepler par exemple.
 
Voici la position de ces SN dans notre galaxie.
 
On remarquera que celle que Tycho Brahé a vu, et qui a en fait mis à mal la théorie de l'Univers immuable au delà de la Lune, celle de 1572 se trouvait relativement près de nous, 10.000 années lumière, presque une voisine.
 
En 1604 Kepler a eu aussi la chance de voir une SN, celle là située plus loin et surtout vers le centre galactique plein d'étoiles, mais il a eu de la chance, car cette SN se trouvait un peu au dessus du plan galactique et donc distincte des étoiles centrales.
 
Au début, on associa ces "nouvelles" étoiles à la naissance d'une étoile, on sait maintenant que c'est tout le contraire.
 
 
 
 
Depuis la SN de Kepler de 1604, on n'avait détecté aucune SN visible dans notre Voie Lactée, alors que la fréquence est de 2 à 3 par siècle dans toute bonne galaxie qui se respecte.
 
Alors on peut comprendre l'émoi des astronomes quand celle de 1987 fut détectée!!
 
 
L'ÉNERGIE DES SN.
 
Les SN sont des phénomènes extrêmement lumineux.
 
C'est Fritz Zwicky qui pense à l'effondrement gravitationnel jusqu'à une étoile à neutrons.
Vers 1930; il organise un programme de recherche systématique de ces bêtes curieuses, et c'est ce même Zwicky qui ajouta "super" au mot nova, il fit ainsi un malheur.
 
Fowler et Hoyle pensaient eux à une explosion thermonucléaire dans les années 1960.
L'énergie cinétique de la SN est 100 fois plus importante que son énergie lumineuse.
 
 
Les SN sont liées à la vie et à la mort des étoiles, dont on représente le cycle de vie sur un graphique de ce genre. (diagramme HR)
 
C'est un diagramme température (en horizontal) luminosité (en vertical), où notre Soleil occupe la place centrale en référence; avec 1 pour la luminosité et 5500K pour sa température de surface.
 
La plupart des étoiles (90%) se placent sur le grand serpent traversant tout le graphe, appelé la séquence principale.
 
Une étoile pendant toute sa vie va consommer de l'Hydrogène.
 
 
 
 
À la fin de sa vie, lorsque H est épuisé, le destin des étoiles dépend de leur masse.
·        Une étoile de faible masse (comme le Soleil) va passer par l'étape géante rouge, puis naine blanche
·        Une étoile massive va elle devenir une Super Nova.
 
Cela est résumé par N Prantzos sur les deux slides suivants.
 
 
L'étoile de faible masse brûle son H en He, puis He s'allume elle devient une géante rouge, le He s'épuise , une nébuleuse planétaire se forme, et le reste est une naine blanche au centre de cette nébuleuse.
 
 
Ce sera le destin de notre Soleil.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Quant à l'étoile massive, une fois H consommé, elle brûle en son centre des éléments de plus en plus lourds comme C, O, Si jusqu'au Fe élément le plus stable de l'Univers.
L'étoile possède alors une structure en pelure d'oignon.
 
Le Fer s'effondre et l'étoile meurt; elle explose ensuite en super nova.
 
 
 
 
 
 
 
Les SN sont les principaux sites de nucléosynthèse de l'Univers.
C'est la nucléosynthèse explosive.
 
Il est à remarquer que le Fe56, l'élément le plus stable de l'Univers, est produit sous la forme instable (radioactive) de Ni56 qui va se désintégrer en Fe 56 suivant les r&actions suivantes : Ni56 à Co56 à Fe56 stable.
 
C'est ce Fe56 que l'on détecte.
 
 
 
 
LA SUPER NOVA DE 1987.
 
 
Le 23 Février 1987, un événement astronomique exceptionnel se produisit dans le ciel austral : une étoile super massive termina sa vie dans une violente explosion dont l'éclat dépassait en quelques instants celui des milliards d'étoiles de notre galaxie.
 
C'était une supernova qui n'avait jamais pu être observée à l'œil nu depuis celle de Kepler en 1604.
elle a même fait la couverture du Time à l'époque.
La première super nova de l'ère des télescopes.
 
L'étoile parente (progenitor en anglais) était une super géante bleue de rayon approx. 40 Rayons solaires et non pas une super géante rouge comme on le croyait à l'époque.
 
 
 
Cette étoile est née il y a quelques 11 millions d'années, puis elle s'est transformée en géante rouge, elle perd sa masse et devient une géante bleue.
 
 
Nicolas Prantzos nous propose le diagramme de son évolution.
 
 
 
 
En effet on a détecté 12 neutrinos dans la grande piscine  (ce sont des détecteurs Photo Multiplicateurs de Lumière (PMT) plongés dans 2000 t d'eau) du Kamiokande au Japon et 8 (huit) dans celle des USA à l'IMB de Cleveland et ceci en une dizaine de secondes.
C'est peu mais c'est énorme, car ce sont des particules pour ainsi dire impossible à détecter.
 
Il faut noter que ces neutrinos détectés ont en fait traversé toute la Terre avant de frapper les détecteurs, en effet, la supernova était dans l'hémisphère Sud et les détecteurs dans l'hémisphère Nord.
 
Ces neutrinos ont été détecté 2 heures 20 avant l'apparition de la SN dans les instruments optiques; c'est le temps que l'onde de choc a mis pour atteindre la surface de la super géante bleue, ce qui permit de calculer la vitesse de propagation dans l'étoile : 3000km/s.
 
L'énergie de ces neutrinos a été calculée, elle est de l'ordre de 3 1053 ergs. Elle serait 10.000 fois plus importante que l'énergie lumineuse émise.
 
(Note de ma part : l'erg est une ancienne unité qui correspondait au système CGS, elle vaut en nouvelle unité (MKS) = 10-7 Joule 
ou 2,7 10-14 kW.h.
L'énergie de ces neutrinos est donc de l'ordre de 1040 kW.h, chiffre un peu plus parlant sachant que la France consomme en une année approximativement 3 1012 kW.h.)
 
On pense en calculant à l'envers que le nombre de neutrinos émis était de l'ordre de 1057 (n'essayez pas d'imaginer un tel nombre, vous n'y arriverez pas)!!!!
 
La SN a fourni autant d'énergie pendant quelques secondes que toutes les étoiles de l'Univers.
 
 
On a aussi détecté la raie du Co56 dans cette SN, ce qui confirma la nucléosynthèse explosive; mais on vit cette raie 6 mois plus tôt que les prédictions théoriques. Pourquoi?
Pendant l'explosion, il y a une instabilité hydrodynamique qui a "mélangé" l'intérieur de la SN ; et des noyaux lourds comme le Ni56 se retrouvent près de la surface, et leurs gamma de désintégration sortent plus facilement que ce qui était prévu par les modèles.
 
On le démontre aussi avec des simulations dans des calculateurs comme ce qui nous a été montré de Konstantinos Kifonidis du fameux MPA de Garching près de Munich en Allemagne, des grands spécialistes de ce sujet. On y voit la simulation de l'explosion du cœur d'une étoile massive.
 
 
 
Les feux d'artifice de la SN 1987A.
 
 
 
 
 
L'émission lumineuse de la SN était alimentée successivement par les différentes radioactivités:
Le Co56
Le Co57
Le Ti44
 
Tout ceci montra un très bon accord avec la théorie de la nucléosynthèse explosive.
 
 
 
 
 
 
 
Hubble se tourne vers cette SN et constate la présence d'un anneau de perles autour du centre, on y voit aussi un double anneau dont on ne connaît pas bien l'origine. On pense que c'est du gaz un peu plus dense qui a été émis avant l'explosion et qui est illuminé par les UV de la SN.
 
 
 
 
 
LES DIFFÉRENTS TYPES DE SUPER NOVAE.
 
 
 
Les types I n'ont pas la raie d'Hydrogène (le composant le plus abondant de l'univers!) dans leur spectre, alors que les SN du groupe II les ont. En fait la définition du type I n'étant pas assez précise, il faudra la compléter, il y aura plusieurs sous catégories dans le type I, notamment le type Ia qui correspond à l'explosion d'une naine blanche.
 
Les galaxies hôtes de ces différentes SN sont représentées sur la diapo ci contre.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Comment se produit pour les SN Ia, cette explosion de la naine blanche?
C'est un système binaire, la NB accrète de la matière jusqu'à atteindre la limite de Chandrasekhar (1,4 M solaire), elle s'effondre, ne pouvant pas lutter contre sa propre gravité, la température augmente et les réactions thermonucléaires démarrent. Il se produit une réaction en chaîne, qui désintègre complètement le NB, la matière se propage dans l'espace.
 
La moitié de la masse de la NB se transforme en Ni56 dont la radioactivité va aboutir au Fe56 et c'est cette radioactivité qui alimente l'émission lumineuse de la SN.
 
Les super novae Ia sont les producteurs majeurs de Fer dans l'Univers.
 
 
La variation de la luminosité d'une supernova de type Ia est extrêmement régulière, ces supernovae peuvent donc être utilisées comme chandelles cosmiques ou étalons de lumière (standard candles en anglais).
 
 
En 1998, c'est par l'observation de ces supernovae de type Ia dans des galaxies éloignées, que les scientifiques ont découvert que l'expansion de l'univers s'accélérait.
 
 
 
Ce sont d'après la jolie expression de N Prantzos, les phares du bout de l'Univers.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES.
 
 
L'idéal serait de détecter une Super Nova de type effondrement gravitationnel, dans la voie lactée, on pourrait détecter ses neutrinos et peut être des ondes gravitationnelles.
 
Comprendre la propagation de l'explosion pour les SN thermonucléaires et les systèmes progéniteurs.
 
Comprendre plus complètement le rôle des SN dans la formation et l'évolution des galaxies.
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Généralités sur les super novae à l'IAP
 
La supernova 1987A par Alain Romeyer et Sébastion Bongard, très complet document de 56 pages pdf qui résume toutes nos informations sur les SN et sur celle de 1987 en particulier.  À voir absolument!
 
Les éléments chimiques et les étoiles, une présentation pdf de 1MB :
 
Les spectres de SN par N Prantzos, document pdf
 
La SN de 1987 et quelques généralités (anglais)
 
Un APOD sur la SN de 1987. (anglais)
 
Article du Figaro sur le même sujet.
 
Les neutrinos des super novae, présentation PPT de 7,7MB (anglais).
 
Les neutrinos de haute énergie 6 pages pdf (anglais).
 
Une présentation pdf de 34 pages sur la SN de 1987. (anglais)
 
 
Sur votre site astro préféré :
La journée des SN à l'IAP, rapport et CR des diverses conférences.
 
Les 20 ans de la SN de 1987.
 
Tous les articles sur les SN et les GRB sur ce site.
 
 
 
Des simulations par le Max Planck Institute for Astrophysics de Garching (RFA) : tous ces documents en pdf et en anglais
Par Friedrich Röpke,
1,5MB pdf Modeling Turbulent Burning in Type Ia Supernova Simulations
 
4,9MB pdf Exploding White Dwarfs –the theory of Type Ia supernovae  
 
2,5MB  17 pages pdf simulation SN explosion 
 
3,6MB  25 pages pdf aussi sur ces simulations d'explosions de SN.
 
Par Wolfgang Hillebrandt
30 pages pdf Chasing the Flames: The challenge of modeling thermonuclear supernovae in 3D
 
Document général du MPA sur le sujet simulation.
 
 
 
Les livres de Nicolas Prantzos :
Voyages dans le futur au Seuil.
Sommes nous seuls dans l'Univers, ouvrage collectif en Livre de poche et chez Fayard.
Naissance vie et mort des étoiles , ouvrage collectif, aux PUF.
En ré-édition pour la rentrée 2007 : Soleils éclatés les super novae  avec Th Montmerle  chez Belin
 
 
 
 
 
 
C'est tout pour aujourd'hui!
 
Bon ciel à tous
 
Jean Pierre Martin
http://www.planetastronomy.com/