JWST sonde la rare supernova riche en calcium SN 2024uj, révélant hélium et surprises moléculaires
Image à la une : Visualisation des données spectrales NIRSpec de JWST montrant les raies d’émission de SN 2024uj ; crédit : NASA/ESA/CSA
Le télescope spatial James Webb a braqué son regard infrarouge sur l’une des classes d’explosions stellaires les plus rares et les plus énigmatiques, révélant une complexité inattendue dans le transitoire riche en calcium SN 2024uj. Les observations, publiées en tant qu’article I d’une nouvelle série sur arXiv, marquent la première fois que JWST étudie un transitoire riche en calcium (CaST) et ont déjà remis en question des hypothèses clés sur la nature de ces événements.
SN 2024uj a été découverte dans la galaxie NGC 3566 à une distance d’environ 60 mégaparsecs (environ 196 millions d’années-lumière), située à 22,7 secondes d’arc du centre de sa galaxie hôte, un environnement isolé à environ 6,6 kiloparsecs de la formation stellaire substantielle la plus proche. Cet isolement est une caractéristique des CaST et suggérait déjà un progéniteur inhabituel.
Qu’est-ce qu’un transitoire riche en calcium
Les transitoires riches en calcium sont une sous-classe rare d’explosions stellaires définies par une émission de calcium interdit anormalement forte par rapport à l’oxygène pendant la phase nébulaire, lorsque les débris en expansion deviennent optiquement minces. Ils sont faibles, évoluent rapidement et occupent un fossé de luminosité entre les novae et les supernovae normales. Seulement environ 15 à 20 de ces événements ont été classifiés à ce jour.
Leur rareté est égale à leur importance scientifique. Les CaST ne s’intègrent parfaitement ni dans le paradigme des supernovae thermonucléaires ni dans celui des effondrements de cœur, ce qui en fait une sonde puissante des canaux de mort stellaire exotiques. Ils produisent également des quantités importantes de calcium, l’élément essentiel à la vie telle que nous la connaissons.
Les découvertes clés de JWST
L’instrument NIRSpec de JWST a observé SN 2024uj 150 jours après l’explosion sur une plage de longueurs d’onde de 0,96 à 5,1 micromètres, révélant plusieurs détections inédites.
Les raies d’émission d’hélium à 1,083 et 2,058 micromètres sont hautement asymétriques avec une structure multicomposante, s’étendant à des vitesses supérieures à 5 000 kilomètres par seconde avec un pic étroit et fort à 1 500 kilomètres par seconde. Cela indique que l’hélium est distribué dans toute l’éjecta mais concentré hors du centre, suggérant un degré de mélange chimique qui serait très difficile à produire dans une explosion par effondrement de cœur d’une étoile massive.
L’article rapporte également la première détection d’émission de monoxyde de carbone moléculaire dans un CaST, observée dans la bande fondamentale entre 4,5 et 5,1 micromètres. Un continuum croissant au-delà de 2,5 micromètres combiné à une détection à 10 micromètres par MIRI fournit des preuves de formation de poussière dans l’éjecta.
Une origine thermonucléaire
Les chercheurs ont comparé les données d’observation à deux modèles concurrents : une étoile massive d’hélium dépouillée subissant un effondrement de cœur, et une explosion thermonucléaire d’une naine blanche. Les résultats ont été décisifs.
Même en augmentant artificiellement l’abondance de calcium dans le modèle d’effondrement de cœur à 1 % de la masse d’hélium, l’émission de calcium produite était bien trop faible pour correspondre aux observations 17 jours après l’explosion. En revanche, les modèles thermonucléaires de naine blanche produisaient naturellement une forte émission de calcium à ces premiers stades. Le pic étroit d’hélium à 1 500 kilomètres par seconde pourrait tracer la matière arrachée à une étoile compagne dans un système binaire de naines blanches, une signature observée dans certaines supernovae de type Ia.
Les preuves indiquent fortement une explosion thermonucléaire impliquant au moins une naine blanche de faible masse, partiellement riche en hélium. La conclusion de l’article : SN 2024uj est très probablement le résultat d’une telle détonation, avec une faible masse d’éjecta (0,61 masse solaire), une faible masse de nickel-56 (0,0136 masse solaire) et une faible énergie cinétique.
Implications plus larges
Les résultats suggèrent que les transitoires riches en calcium constituent une population hétérogène, certains événements provenant d’effondrements de cœur et d’autres — comme SN 2024uj — de fusions thermonucléaires de naines blanches. La spectroscopie infrarouge moyen de JWST a ouvert de nouvelles fenêtres de diagnostic : les profils de raies d’hélium, le CO moléculaire et l’émission de poussière sont désormais disponibles comme outils pour comprendre ces explosions exotiques.
La détection de formation de poussière dans l’éjecta des CaST suggère que ces événements rares pourraient contribuer à l’inventaire cosmique de poussière, tandis que la détection de CO moléculaire ouvre la porte à l’étude de la formation de molécules dans des environnements qui comblent le fossé entre les novae et les supernovae.
L’article est disponible sur arXiv (ID : 2607.00111) en tant que premier d’une série prévue d’études sur les transitoires riches en calcium avec JWST.
Source
Khan, R. et al. “JWST Observations of the Calcium-Strong Transient SN 2024uj.” arXiv:2607.00111 (2026).
Traduit par Lydie