Search for the stellar smoking gun

À la recherche de fumée stellaire

Une spatiologue factuelle de l'Université du Manitoba tente de percer un mystère stellaire
16 mars 2011
Rémanent de l
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Rémanent de l'explosion d'une supernova. Entraîné par un jeune pulsar, le nuage central brillant composé d'électrons à haute énergie est entouré d'une coquille de gaz chaud et de particules de haute énergie.
NASA/CXC/U. Manitoba/H. Matheson et S. Safi-Harb

L’explosion d’une étoile géante s’apparente à la décharge d’une arme de très, très gros calibre : elle laisse dans son sillage un signal fumigène et une trajectoire de destruction. Accumuler des preuves corroborantes en s’appuyant sur une simple trace de fumée peut sembler quasi impossible, mais pour Samar Safi-Harb, titulaire de la Chaire de recherche du Canada en astrophysique des supernovas, cela fait partie de son quotidien.

Originaire de Beyrouth, au Liban, Mme Safi-Harb étudie présentement les rémanents des étoiles qui explosent, les supernovae, à l’Université du Manitoba, à Winnipeg. Les indices rassemblés permettraient de connaître la raison et le moment de l’explosion d’une étoile, l’ampleur du phénomène, l’évolution après l’explosion, la vitesse de propagation du nuage de matière explosif dans le milieu environnant et l’énergie dégagée. 

À l’heure actuelle, la spatiologue s’intéresse aux étoiles à neutrons (également appelées pulsars) qui comptent au nombre des objets les plus étranges de l’Univers. Ces corps extrêmement chauds et denses, dotés d’un très fort champ magnétique, sont tout ce qui reste du noyau de l’étoile qui a explosé en supernova. Comme les étoiles à neutrons ne ressemblent à rien de ce qui existe sur Terre, elles peuvent renseigner les astronomes comme Mme Safi-Harb sur quelques-unes des propriétés universelles les plus étranges.

Mais l’un des volets les plus mystérieux de ses recherches porte sur la naissance de nombreuses étoiles à neutrons sans explosion, et sans aucune trace de nébuleuse, la coquille d’un rémanent de supernova.

Les astronomes connaissent cependant l’existence de l’étrange nébuleuse de vent de pulsar, formée lorsque le champ magnétique extrêmement puissant de l’étoile à neutrons éjecte, aspire et accélère des particules de poussière dans l’espace, très loin derrière elle. Toutefois, sans la preuve factuelle de son explosion (le rémanent de la supernova), les astronomes ne peuvent se prononcer sur sa véritable nature ni sur la cause de son explosion.

À l’aide de l’un des plus puissants télescopes spatiaux au monde – le télescope à rayons X Chandra Observatory de la NASA – Mme Safi-Harb a récemment fait une découverte stellaire.

« Pendant de nombreuses années, nous avons étudié cette nébuleuse de vent de pulsar en pensant qu’elle n’avait pas de coquille (nébuleuse d’explosion), à l’instar de la célèbre nébuleuse du Crabe, dit-elle. Or, à force d’accumuler des données à l’aide du Chandra, nous avons maintenant, pour la première fois, la confirmation qu’il existe une coquille autour de l’objet. »

La coquille de gaz chaud d
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La coquille de gaz chaud d'un rémanent de supernova entoure une nébuleuse de vent de pulsar brillante. Cette image était présentée par le Centre des sciences de l'Ontario à Toronto en 2009.
NASA/CXC/U. H. et S. Safi-Harb

Quoique cette première preuve de l’existence de la vie d’une étoile avant sa mort soit mince, la spatiologue et d’autres astronomes espèrent pouvoir reconstituer grâce à elle les derniers moments de l’astre et comprendre la raison de son explosion aussi discrète. Mme Safi-Harb croit que le phénomène a pu avoir lieu dans un endroit isolé où rien ne pouvait empêcher la nébuleuse originale de disperser les indices permettant de repérer l’explosion dans les coins les plus reculés de l’espace.

Le parcours de Mme Safi-Harb vers la spatiologie factuelle est atypique. Alors qu’elle était étudiante en physique au programme prémédical à l’American University de Beyrouth, elle n’a jamais suivi de cours d’astronomie pendant ce premier cycle d’études. Cependant, lorsqu’elle s’est rendue aux États-Unis, en 1991, pour entreprendre des études supérieures en physique des hautes énergies, l’astrophysique ayant piqué sa curiosité lors d’un projet de recherche estival sur un pulsar, elle s’est passionnée pour l’astrophysique des hautes énergies par excellence : l’explosion d’étoiles.

« Je savais que la physique était mon domaine parce que je préférais dériver que mémoriser. En médecine, il faut garder en mémoire beaucoup de notions, mais en physique, il faut plutôt dériver des équations qui expliquent l’Univers, dit-elle. La physique satisfait notre curiosité et nous aide à comprendre le fonctionnement des choses. En outre, l’astrophysique nourrit l’imagination de bien des gens, dont la mienne, parce qu’elle permet d’examiner des phénomènes insolites comme les supernovae et les pulsars. »

Mme Safi-Harb est entrée à l’Université du Manitoba en 2000 à titre de boursière du Programme d’appui aux professeurs universitaires du CRSNG avec pour mission de mettre en œuvre un programme d’astronomie au département de physique et d’astronomie.

Et comme tout Sherlock Holmes qui se respecte, la spatiologue peut compter sur son Watson en la personne de Roland Kothes, astronome chercheur au Dominion Radio Astrophysical Observatory à Penticton, en Colombie-Britannique, et spécialiste en radioastronomie. Il l’a aidée à fouiller davantage le mystère et à découvrir de précieux indices, d’un tout autre ordre, grâce à son expertise en radioastronomie.

« Quand Samar s’est rendu compte qu’il lui fallait ajouter d’autres longueurs d’onde à ses données, elle m’a demandé de collaborer à ses recherches par mes observations radio, explique-t-il. Cette approche qui fait appel à de multiples longueurs d’onde permet de mieux saisir la nature de ces objets. » Selon lui, les radioastronomes peuvent retracer l’histoire de l’objet, alors que les astronomes,  comme Mme Safi-Harb, observent ce qui se passe au moment présent. La comparaison de leurs observations permet au duo d’enrichir ses connaissances sur l’évolution des nébuleuses de vent de pulsar.