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Une supernova en laboratoire

Grâce à la reproduction des conditions extrêmes d’une supernova en laboratoire, le mystère de l’évolution des "points chauds" a été résolu dans The Astrophysical Journal par une équipe de chercheurs du Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses, du CEA-DAM, de l’Observatoire de Paris et de l’Université d’Osaka au Japon.

Crédit : ESO/L. Calçada

En 1987, une étoile a explosé en supernova (SN 1987A) dans le Grand Nuage de Magellan. Etant donné sa proximité, cette supernova a été particulièrement étudiée et a permis de valider l’un des modèles théoriques les plus importants de formation des étoiles à neutrons avec la détection de neutrinos provenant des parties les plus denses de l’astre en implosion. Pourtant, cette supernova n’a pas encore révélé tous ses mystères.

Quelques mois après l’explosion, des « points chauds » entourant l’étoile centrale ont été observés pour la première fois. Ces zones très chaudes sont créées après le passage d’un choc radiatif (c’est-à-dire émetteur de radiations) dans le milieu circumstellaire, lui-même produit par l’explosion de l’étoile. De nombreux modèles ont été développés pour expliquer l’émergence de ces points chauds qui étaient inattendus. Ces théories évaluaient l’apparition de ces structures en plusieurs années et ne concordaient donc pas avec ce qui était observé.

Dans le cadre d’une collaboration internationale, Thibault Michel, en thèse au Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (LULI, une UMR CNRS / École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris CEA / Sorbonne Université) et son équipe ont reproduit à plus petite échelle ce phénomène astrophysique dans le laboratoire. En irradiant une cible solide par un laser très énergétique, ils ont ainsi pu observer pour la première fois le ralentissement d’un choc radiatif généré par l’irradiation. Ils ont alors montré que cette décélération pouvait être le siège du développement d’instabilités hydrodynamiques (Rayleigh-Taylor) qui jouent un rôle important dans la structure et la dynamique du milieu circumstellaire. Ils ont estimé que cette décélération, négligée jusqu’à présent dans les modèles astrophysiques, pouvait expliquer l’émergence de point chauds en quelques mois, comme observé pour SN1987A. Leurs travaux ont été publié en Janvier dans The Astrophysical Journal.

Ces expériences permettent de mieux comprendre les observations de ces points chauds, mais pour les chercheurs il s’agit également des premiers pas vers de nouvelles modélisations des supernovas.

A Gauche : Observations astronomiques de SN1987A par Hubble permettant de distinguer l’anneau circumstellaire central et les deux anneaux externes. A droite : l’évolution rapide des points chauds de l’anneau circumstellaire central de SN1987A par Hubble.