Supernovae et autres alertes

30/05/2016. Alors que Gaia balaye régulièrement le ciel pour mesurer les positions, distances, mouvements et caractéristiques physiques d’un milliard d’objets, il détecte aussi, systématiquement, de nombreuses sources qui, pendant une courte période de temps, sont beaucoup plus lumineuses que d’habitude. Ce peuvent être des novae, dont la magnitude peut augmenter subitement de 10 magnitudes pour redescendre peu à peu à leur luminosité d’origine, des supernovae, dues à l’explosion d’une étoile en fin de vie ou même une galaxie dont les trous noirs supermassifs situés en son centre accrètent soudain de la matière.

L’équipe responsable du système d’alertes scientifiques photométriques, située à l’Institut d’Astronomie de Cambridge (Royaume Uni), publie régulièrement des listes de sources dont les variations brutales de luminosité ont été observées par Gaia. La liste de ces alertes, qui comprend 696 entrées au 30 mai 2016, est disponible ici.

Le système d’alertes photométriques a été mis hors ligne l’été dernier à la fin de sa phase de mise en service pour améliorer l’algorithme de détection. Cet exercice a permis de réduire considérablement le nombre de fausses alarmes trouvées par les codes de détection et de classification automatisés. Il faut cependant encore beaucoup de travail à la main pour identifier avec certitude les vraies alertes, environ quatre par jour.

A gauche : Carte du ciel en coordonnées équatoriales, montrant les alertes publiées depuis le 13 octobre 2014 (en noir) et ces 7 derniers jours (en mauve). Les couleurs de fond indiquent la densité des balayages Gaia par zone de 0.05 degré carré. © ESA Gaia, DPAC and the Photometric Science Alerts Team
A droite : Classification des alertes scientifiques photométriques publiées à la mi-2015. Pour 40% d’entre elles, l’équipe a été en mesure d’obtenir des observations de suivi et de les classer. © N. Blagorodnova.

Pendant la période de mise en route, environ neuf mois, l’équipe a publié 273 alertes et classé 40% d’entre elles, dont 74 supernovae. La première, Gaia14aaa, avait été détectée le 30 août 2014. Ces objets, dont les variations brusques de luminosité sont détectées par Gaia sont dénommés Gaiaxxnnn, où xx indiquent les deux derniers chiffres de l’année de découverte et nnn une succession de lettres croissante avec l’alphabet (aaa, aab, aac, ...). L’une des dernières découvertes, Gaia16apd est une supernova super-lumineuse. Elle a été observée par Gaia le 16 mai 2016, alors que le 5 avril aucune source de cette magnitude (environ 17) n’était visible dans cette région du ciel. D’après la distance estimée pour la galaxie qui l’abrite, cette supernova semble être 25 fois plus lumineuse qu’une supernova normale.

Non seulement, Gaia détecte ces objets qui changent brutalement de luminosité, mais ses spectro-photomètres permettent d’en obtenir des spectres à basse résolution dans deux domaines de longueur d’onde. La figure ci-contre (© ESA/Gaia/DPAC/Gaia Science Alerts Team/Morgan Fraser/Simon Hodgkin/Lukasz Wyrzykowski) en montre un exemple remarquable : la première supernova découverte par Gaia en 2016, Gaia16aeg, est supernova de type IIb relativement proche (environ 60 Mpc). Une supernova de type II est une étoile massive qui s’est effondrée sur elle-même sous l’effet de sa propre gravité et n’a conservé qu’une mince couche de son enveloppe d’hydrogène. Sa luminosité a baissé régulièrement pendant les six mois suivant sa détection, au fur et à mesure que les éléments radioactifs responsables de l’explosion se transformaient en fer. Au cours de cette période, les spectres Gaia sont de plus ne plus dominés par des raies émission du calcium, de l’oxygène et le fer. Ces éléments ont été éjectés de l’intérieur du noyau de l’étoile, ou synthétisé par l’explosion.

Les spectres ci-contre montrent l’évolution des spectres depuis le 1er septembre 2015 jusqu’au 16 février 2016. Au cours de ces cinq mois, les raies en émission du calcium, de l’oxygène et du fer se renforcent peu à peu dans le spectre rouge (partie droite de la figure). Les spectres BP et RP montrés ici ne sont pas calibrés. Ces spectres fournissent un diagnostic de la masse de l’étoile qui a explosé.

Pour plus d’information, en anglais, voir : Gaia image of the week, Gaia news, ESA Science and Technology News, Alert News.