La première supernova productrice d’antimatière aurait été observée!

Un schéma illustrant la structure d’une jeune étoile massive, plus de 100 fois la masse du Soleil comme devaient l’être les étoiles de première génération quelques centaines de millions d’années tout au plus après le Big Bang. Comme dans toutes les étoiles, la pression du gaz de particules, noyaux, électrons et photons est normalement en équilibre avec la pression causée par la gravité de l’étoile. Mais dans une étoile d’au moins 140 masses solaires, les photons gamma sont si énergétiques (les traits ondulés sur le schéma) qu’ils finissent par créer des paires d’électron et de positron, donc de l’antimatière. © Nasa/CXC/M. Weiss

Certaines supernovae très brillantes pourraient provenir de la création de paires de particule et antiparticule. Un groupe d’astrophysiciens pense avoir observé le premier exemple indiscutable de ce type d’explosion d’étoile avec de l’antimatière : SN 2016iet.

Un schéma illustrant la structure d’une jeune étoile massive, plus de 100 fois la masse du Soleil comme devaient l’être les étoiles de première génération quelques centaines de millions d’années tout au plus après le Big Bang. Comme dans toutes les étoiles, la pression du gaz de particules, noyaux, électrons et photons est normalement en équilibre avec la pression causée par la gravité de l’étoile. Mais dans une étoile d’au moins 140 masses solaires, les photons gamma sont si énergétiques (les traits ondulés sur le schéma) qu’ils finissent par créer des paires d’électron et de positron, donc de l’antimatière. © Nasa/CXC/M. Weiss 
La température ne va cesser de grimper et en très peu de temps le cœur de l’étoile, contenant un mélange de noyaux de carbone et d’oxygène, va exploser du fait des réactions thermonucléaires qui se produisent alors en convertissant sa matière en noyaux lourds. Prend alors naissance un nouveau type de supernova baptisée Pair Instability Supernovae (PISNe) ne laissant aucun astre compact derrière elle (sauf éventuellement un trou noir si l’étoile est suffisamment massive, c’est-à-dire probablement au-delà de 260 masses solaires). L’explosion doit surpasser celle d’une supernova normale et s’accompagner de la production d’une grande quantité de nickel radioactif en plus d’une grande quantité de matière éjectée.

Mais attention, si l’étoile est en quelque sorte annihilée, ce n’est pas la production d’antimatière qui en est responsable, les positrons ne pouvant d’ailleurs pas annihiler les protons et les neutrons des noyaux de l’étoile. C’est bien le souffle de l’explosion, l’onde de choc produite, qui disperse totalement la matière de l’étoile génitrice de la PISNe.
SN 2016iet : une supernova exotique repérée par Gaia
Depuis quelques années, des candidats au titre de PISNe ont été détectés mais en dernière analyse, aucun n’a finalement convaincu la communauté des astrophysiciens. Il semble que cela va changer avec l’annonce faite par une équipe de chercheurs principalement états-uniens via un article publié dans The Astrophysical Journal et en accès libre sur arXiv.
Tout a commencé, le 14 novembre 2016, avec la détection par le satellite Gaia de l’ESA de la supernova cataloguée sous la dénomination de SN 2016iet. Elle a rapidement mobilisé une batterie de télescopes et d’observateurs, en particulier le télescope Gemini North au sommet du Mauna kea à Hawaï, mais aussi le télescope Magellan situé à l’observatoire Las Campanas au Chili.Image de SN 2016iet et de sa galaxie hôte la plus probable, prise avec le télescope de 6,5 mètres à l’observatoire de Las Campanas, le 9 juillet 2018. © Gemini Observatory 
SN 2016iet s’est révélée être une supernova très inhabituelle, déjà par le fait que la durée de sa courbe de lumière était anormalement longue et il a fallu environ 800 jours avant que sa luminosité tombe au centième de celle qu’elle avait à son maximum. Il y avait aussi peu d’émissions de raie de l’hydrogène, ce qui indiquait une étoile plutôt isolée ainsi qu’un manque de signatures de la présence d’éléments lourds. Il s’agissait somme toute de signatures chimiques très curieuses pour une supernova dont la distance à la Voie lactée (environ un milliard d’années-lumière) indiquait qu’elle était intrinsèquement très lumineuse pour être aussi brillante et devait donc provenir d’une étoile particulièrement massive…. de l’article de Laurent Sacco de Futura Sciences.

Ce qu’il faut retenir
Quand une étoile atteint environ 100 masses solaires, sa température est si élevée que les réactions de fusion thermonucléaire produisent des photons gamma capables de matérialiser des paires d’électron et de positron.
Cette production d’antimatière peut conduire à un emballement des réactions de fusion.
Entre 100 et 130-140 masses solaires, l’étoile peut se mettre à pulser en faisant des explosions en supernova sans détruire l’étoile, éjectant juste des dizaines de masses solaires.
Au-delà de 130-140 masses solaires, la supernova par production de paires devient une Pair Instability Supernovae (PISNe), c’est-à-dire une supernova par instabilité de paires et le souffle de son explosion la détruit complètement.
Le premier cas solide de supernova par production de paires – PISNe, ou PPISNe si l’étoile est en dessous de 140 masses solaires – a probablement été observé : SN 2016iet.