SN 1987A
SN 1987A était une supernova dans le Grand Nuage de Magellan, à quelque 168 000 années-lumière de distance. Sa lumière a atteint la Terre le 23 février 1987 — et plusieurs heures auparavant déjà ses neutrinos.
Ce fut la première supernova observée avec un autre messager que la lumière, et le début de l'astronomie neutrino.
24 événements
Trois détecteurs ont enregistré un signal en l'espace de quelques secondes :
| Détecteur | Lieu | Événements |
|---|---|---|
| Kamiokande-II | Japon | 11 en 13 secondes |
| IMB | Mine de sel dans l'Ohio | 8 en 6 secondes |
| Baksan | Caucase | 5 |
Vingt-quatre événements au total. Rapporté à ce que fourniraient les installations d'aujourd'hui, ce n'est rien — Hyper-Kamiokande en attend quelques dizaines de milliers lors d'une supernova dans notre galaxie. Rapporté à ce que l'on savait auparavant, c'était tout.
Pourquoi les neutrinos sont arrivés en premier
L'avance dans le temps paraît d'abord contradictoire, mais elle est la meilleure preuve du modèle de l'effondrement du cœur.
Lorsque le cœur d'une étoile massive s'effondre, une étoile à neutrons naît en fractions de seconde. L'énergie ainsi libérée part à environ 99 pour cent en neutrinos. Ceux-ci quittent l'étoile immédiatement, parce qu'ils n'interagissent presque pas.
La lumière, en revanche, ne naît que lorsque l'onde de choc atteint les enveloppes extérieures de l'étoile et les fait briller. Cela prend des heures.
L'avance d'environ trois heures n'est donc pas une curiosité, mais une prédiction qui s'est confirmée.
Ce qu'on a pu en déduire
Le bilan énergétique. À partir de 24 événements, on a pu estimer l'énergie totale rayonnée sous forme de neutrinos. Elle concorde avec ce que la théorie exige pour la formation d'une étoile à neutrons. Le modèle de l'effondrement du cœur n'était dès lors plus seulement plausible, mais mesuré.
Une limite pour la masse du neutrino. Les neutrinos sont arrivés en l'espace de quelques secondes, bien qu'ils aient eu des énergies différentes. S'ils avaient été nettement massifs, les plus lents auraient dû arriver sensiblement plus tard — sur 168 000 années-lumière de trajet, une masse même infime se fait sentir. De cette étroitesse temporelle a découlé une limite supérieure qui comptait alors parmi les meilleures et qui est aujourd'hui largement dépassée par KATRIN.
Une limite pour la durée de vie. Que les neutrinos soient arrivés tout court montre qu'ils ne se désintègrent pas sur 168 000 années-lumière.
La surprise de l'étoile elle-même
L'étoile progénitrice a pu être identifiée sur des clichés plus anciens : Sanduleak −69° 202. Et c'était une supergéante bleue.
Cela contredisait la doctrine de l'époque, selon laquelle les supernovæ de ce type proviennent de supergéantes rouges. La théorie a dû être corrigée — un bon exemple du fait qu'un événement isolé peut corriger tout un modèle.
L'objet manquant
Si les neutrinos signalent la formation d'une étoile à neutrons, il devrait y en avoir une là-bas. On ne l'a pas vue pendant des décennies — la poussière de l'explosion masquait tout.
En 2019, le radiotélescope ALMA a trouvé une tache anormalement chaude à l'endroit attendu. En 2024, des observations avec le télescope spatial James-Webb ont complété le tableau : l'ionisation de certains éléments au centre s'explique le mieux par le rayonnement d'un objet compact.
La boucle se referme ainsi près de quarante ans après les 24 neutrinos.
Pourquoi il n'y en a pas eu de deuxième
Les supernovæ de ce genre surviennent dans notre galaxie, selon les estimations, une à trois fois par siècle. Depuis 1987, la physique des neutrinos attend la suivante.
C'est pourquoi plusieurs détecteurs sont aujourd'hui reliés en un réseau d'alerte précoce. Si plus d'un signale simultanément une explosion, une alerte part en quelques minutes vers les observatoires du monde entier — afin que cette fois les premières heures de la lumière soient elles aussi observées.
Notions liées
- Astronomie neutrino — le domaine ainsi fondé
- Masatoshi Koshiba — l'exploitant de Kamiokande-II
- Frederick Reines — coconstructeur du détecteur IMB
- Hyper-Kamiokande — la préparation à la prochaine
Sources
- K. Hirata et al. (Kamiokande-II) : Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987).
- R. M. Bionta et al. (IMB) : Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987A, Physical Review Letters 58, 1494 (1987).