Des astronomes de l'université d'Harvard (Etats-Unis) sont parvenus à observer pour la première fois sans ambiguïté l'asymétrie d'une explosion d'étoile, en étudiant les restes de la supernova Cassiopée A. Cassiopée A, ici observée aux rayons X, a récemment révélé sa face cachée.

Armin Rest et son équipe ont eu recours à la technique des échos de lumière, utilisant les nuages de poussière interstellaire situés au-delà de la supernova. Ces nuages, à la manière d'un miroir, réfléchissent vers nous la lumière émise pendant l'explosion depuis sa face cachée. Cela permet aux chercheurs d'observer la supernova en pleine action : si la lumière directe de l'explosion est en effet parvenue sur Terre il y a 330 ans, cet écho indirect parvient justement aujourd'hui à portée de télescope. Mais, surtout, ces miroirs lointains montrent la supernova selon différents points de vue : or, surprise, elle n'a pas explosé à la manière d'une sphère régulière comme on se le représentait jusqu'ici, mais de façon asymétrique, éjectant sa matière dans une direction privilégiée.

Sa lumière a fait un détour... de quatre cent trente-six ans !

En 1572, l'astronome danois Tycho Brahé s'extasiait devant les derniers soubresauts d'une étoile : une supernova, au sein de la Voie lactée. Une équipe de l'Institut Max-Planck en Allemagne vient de retrouver la trace de la lueur de SN 1572. Car la lumière dégagée lors de l'explosion a rencontré un nuage interstellaire qui a dévié sa route... et l'a renvoyée vers la Terre, sur le télescope de Calar Alto en Espagne.

Une première : si les débris des explosions dans notre galaxie sont observables, ils sont bien plus précis que ceux des supernovæ lointaines), la lumière d'origine ne l'était pas, aucune supernova ne s'y étant manifestée depuis que les astrophysiciens ont perfectionné leurs outils. "C'est donc la première supernova de la Voie lactée dont on dispose du spectre de lumière, s'enthousiasme Anne Decourchelle, astrophysicienne au Commissariat à l'énergie atomique (CEA). Ces résultats devraient permettre de contraindre les modèles et de mieux comprendre les mécanismes à l'ouvre dans les explosions d'étoiles."

Les astronomes sont parvenus à capter l'écho lumineux de deux supernovae de notre galaxie, Tycho et Cassiopée A, vieilles de plusieurs siècles. Une découverte qui éclaire la manière dont les étoiles explosent à la fin de leur vie.

"Le soir du 11 novembre après le coucher du Soleil, je contemplais les étoiles par un ciel clair. J'ai alors été frappé par la présence inhabituelle d'une nouvelle étoile, qui brillait juste au-dessus de ma tête, et qui surpassait toutes les autres par son éclat". En 1572, l'astronome danois Tycho Brahé est le témoin d'un fait exceptionnel : l'apparition d'un astre qui brille dans le ciel nuit et jour pendant plusieurs semaines. L'événement, qu'il décrit en détail dans son livre Stella Nova, et le premier à être aussi bien localisé dans le ciel, allait changer à jamais l'histoire de l'astronomie. Il contredisait en effet la vision éternelle et immuable du ciel qui avait cours à l'époque.
Aujourd'hui, les astronomes savent, observations à l'appui, que cette apparition n'était autre que l'explosion d'une étoile à quelque 8000 années-lumière de la Terre, une supernova, qu'ils ont baptisée Tycho. De celle-ci, il ne reste qu'une énorme bulle de gaz en expansion dans le milieu interstellaire. Le flash initial, lui, semblait à juste titre avoir été perdu pour toujours. Mais voilà qu'une équipe menée par l'Allemand Oliver Krause (Max Planck Institut) affirme avoir mis la main sur cette lueur originelle, plus de 400 ans après Tycho Brahé. Comment ? En récoltant de la lumière de l'explosion qui ne s'est pas propagée en ligne droite jusqu'à nous, mais qui a "ricoché" sur un nuage de poussière interstellaire avant d'atteindre la Terre (<- infographie).
Après Cassiopée A (dont l'explosion remonte au XVIè siècle) en mai 2008, découverte par les mêmes chercheurs, Tycho est ainsi la deuxième Supernova de notre galaxie à s'offrir une nouvelle jeunesse. Désormais, les échos lumineux, comme les ont baptisés les astronomes, sont une arme redoutable pour remonter le passé de ces astres. Une aubaine quand on sait qu'aucun d'entre eux n'a pu être observé en direct par des instruments modernes. "Grâce aux échos, nous disposons maintenant du film complet de l'explosion. Nous pouvons ainsi mieux comprendre comment le mécanisme se déclenche", s'enthousiasme Oliver Krause.
C'est pourtant par hasard que le phénomène lumineux a été découvert. Entre 2001 et 2005, le projet américain Supermacho scrute le Grand Nuage de Magellan. Objectif : surprendre le passage, devant cette galaxie satellite de la Voie lactée, d'objets de matière noire, qui se trahiraient en déformant la lumière des étoiles à l'arrière-plan. Aucun événement de la sorte n'est repéré. En revanche, les astronomes voient apparaître sur leurs images des anneaux lumineux. Ils ne tardent pas à en comprendre l'origine : des supernovae, dont la lumière a été réfléchie par des nuages de poussière. Très vite, ils se mettent en chasse d'autres échos de supernovo, mais cette fois situées dans notre propre galaxie et dont on trouve la trace dans des documents historiques (tableau ci-contre). Pour augmenter leurs chances de réussite, ils cherchent à proximité des vestiges de ces astres morts, et non loin du plan galactique, particulièrement riche en poussières interstellaires. En 2008, la chance leur sourit : coup sur coup, ils captent les échos des supernovae Cassiopée A et Tycho. Mais la lumière qu'ils recueillent est encore trop faible pour fournir la moindre information sur l'étoile.

C'est l'équipe d'Oliver Krause, elle aussi sur les rangs, qui réalise cette première. Grâce au télesçope de 8,3 m Subaru, à Hawaï, elle collecte suffisamment de lumière des deux explosions pour en dresser le spectre complet - qui détaille un par un les éléments chimiques libérés par l'étoile - et remonter ainsi à l'astre leur ayant donné naissance. Cassiopée A apparaît comme une supernova de type 2 (encadré ci-dessus), c'est-à-dire issue de l'effondrement d'une étoile massive. Quant à Tycho, de type 1a, elle s'est formée de manière plus violente encore : une naine blanche, une étoile en fin de vie, s'est gavée de la matière d'une compagne au point d'exploser.
Avant la découverte des échos, les astronomes disposaient déjà d'indices sur la nature des deux supernovae : la présence d'une étoile à neutrons résultant de l'explosion pour Cassiopée A ; le vestige de l'étoile compagne, dans le cas de Tycho. Mais ils n'avaient encore aucune preuve formelle. "Jusqu'à présent, il était difficile de faire un bon diagnostic avec les restes de la supernova uniquement, raconte Anne Decourchelle, astrophysicienne au CEA. Comme la matière refroidit très vite après l'explosion, nous ne savions pas précisément quelle masse avait été éjectée au total et quels éléments composaient l'étoile. Désormais, nous disposons d'une base solide pour mieux comprendre comment l'astre explose et évolue ensuite".
Au-delà de la simple connaissance théorique, les supernovae intéressent au plus haut point les astronomes. D'abord parce que ces astres sont les premiers pourvoyeurs d'éléments plus lourds que le carbone dans notre galaxie, indispensables pour former les planètes. Les supernovae similaire à Tycho disséminent ainsi dans l'espace des éléments de la famille du silicium, du soufre et du fer. Et celles apparentées à Cassiopée A des éléments de la famille de l'oxygène, du néon et du magnésium. En comparant l'explosion aux restes de la supernova, on peut ainsi savoir ce qu'il advient exactement de ces briques élémentaires, une fois relâchées dans le milieu interstellaire. "Comment le mélange s'opère et contribue à enrichir notre galaxie", précise Anne Decourchelle.
Autre intérêt des supernovae, qui concerne cette fois celles du type de Tycho : elles constituent de précieux indicateurs de distance. En effet, l'énergie dégagée étant comparable d'une supernova à l'autre, leur éclat donne une mesure de leur éloignement. Ainsi, elles ont permis de se rendre compte que l'expansion de l'Univers allait en s'accélérant et d'introduire le concept d'énergie noire. Seulement, voilà : les modélisations numériques suggèrent depuis peu que l'explosion de ces astres ne se ferait pas vraiment de manière parfaite comme on le pensait jusqu'à présent. En clair, l'énergie qu'elles libèrent ne serait pas exactement la même dans toutes les directions. Et cette différence, aussi petite soit-elle, a pu conduire à une mauvaise estimation de l'énergie noire dans les modèles de cosmologie. On comprend alors pourquoi les astronomes font tout leur possible aujourd'hui pour connaître le mécanisme en détail.
L'écho lumineux de Tycho pourrait bien faire avancer le débat. "Nous avons vu que l'explosion s'était produite de manière asymétrique, indique Oliver Krause. Dans une direction, de la matière semble en effet s'échapper à plus de 20000 km/h, contre 12.000 km/h pour la partie principale de l'astre". Une piste que souhaite explorer l'astronome allemand. Cette année, il tentera de capter de nouveaux échos de sa protégée, mais venant d'autres directions de l'espace. Et de reconstruire ainsi l'explosion en trois dimensions ! On devrait alors être fixé sur le déroulement du cataclysme. Et la chasse ne s'arrête pas là. Dans la ligne de mire des astronomes, une autre supernova "historique", Kepler, décrite en 1604 par le savant allemand du même nom, fait figure de star. "Alors que les vestiges de l'étoile ont été étudiées sous toutes les coutures, nous ne savons toujours pas ce qui a engendré l'explosion". Quatre cents ans après, l'écho pourrait faire enfin toute la lumière sur cette énigme.

MIROIRS INTERSTELLAIRES