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Nouvelles scientifiques

 

Paris, le 6 juillet 2009

 

La luminosité des supernovae de type Ia se précise

 

La collaboration internationale "Nearby supernova factory"(1), qui comprend des équipes de l'IN2P3/CNRS(2) et de l'Insu/CNRS(3) en France, ainsi que les laboratoires de Yale et LBNL(4) aux USA, a mis au point une méthode d'analyse permettant d'étalonner la luminosité intrinsèque des supernovae thermonucléaires, dites de type Ia, avec une précision inégalée. Ce résultat, qui a fait l’objet d’une publication dans la revue Astronomy and Astrophysics, marque un pas de plus vers la compréhension de la mystérieuse énergie noire.

 

Lorsqu'elles explosent, les supernovae de type Ia sont plus lumineuses qu'une galaxie au maximum de leur éclat et permettent de sonder l'Univers très lointain, donc ancien. Elles sont visibles à de très grandes distances et leur homogénéité leur confère un rôle clé pour mesurer les distances aux échelles cosmologiques. Elles ont ainsi été à l'origine de la découverte de l'énergie noire, une composante majoritaire du contenu énergétique de l'Univers, encore mystérieuse.

Après l'application de corrections liées à la couleur et à l'évolution temporelle de la supernova, la précision sur la distance a atteint 8 à 10%. Cependant, ces corrections requièrent jusqu'à deux mois d'observations précises et répétées et ne semblent pas s'appliquer avec la même efficacité à toutes les supernovæ.
Afin de procéder à une étude exhaustive de ces supernovæ, la collaboration SNfactory a mis en place des techniques d'observation innovantes. La détection des sources candidates est d'abord effectuée par une caméra panoramique fournie par l'Université de Yale et montée sur un des télescopes du Mont Palomar. Des observations spectro-photométriques sont alors obtenues avec l'instrument Snifs, un spectrographe à champ intégral original conçu et réalisé au Cral, laboratoire de l'Insu, avec l'aide de laboratoires de l'IN2P3 (IPNL et LPNHE), et actuellement en place sur un des télescopes du Mauna-Kea (Hawaii). Cette combinaison a permis à SNfactory de collecter les séries temporelles de près de 200 supernovæ de type Ia, soit environ 2500 spectres à raison de 5 à 10 dates par objet. C'est actuellement l'échantillon de spectres de supernovæ thermonucléaires de loin le plus complet disponible dans le monde.

Stephen Bailey, chercheur au LPNHE, a mis au point une méthode permettant d'accroître la précision de la mesure de luminosité des supernovæ, tout en assouplissant les exigences observationnelles. En s'appuyant sur une analyse empirique des seuls spectres observés à une date proche du pic de lumière, il a mis en évidence une corrélation très forte entre un simple rapport de flux dans deux domaines distincts du spectre -- le rapport R(642 nm/443 nm) -- et la luminosité intrinsèque de l'objet.
La correction qui en résulte permet de mesurer la distance de l'objet avec une précision sans précédent de 6%. En outre, cette technique semble s'appliquer à un large éventail de supernovæ, même à celles qui sont significativement obscurcies par les poussières de leur galaxie hôte.
La mise au point de cette nouvelle méthode d'analyse a été possible grâce à l'excellente qualité spectro-photométrique des observations Snifs résultant notamment des travaux de l'IPNL, qui a la responsabilité de la réduction des données et de l'étalonnage en flux de ce spectrographe 3D.

L'étude détaillée des 2500 spectres de SNfactory ne fait que commencer. En outre, cette correction empirique ouvre la voie à des analyses fines, actuellement en cours, permettant de distinguer la variabilité intrinsèque des supernovæ de la contribution des facteurs environnementaux tels que l'extinction de la galaxie hôte. Ce type d'étude que la collaboration SNfactory peut aborder sous un jour nouveau est essentiel pour confirmer l'utilisation des supernovae lointaines comme chandelles cosmologiques standards, l'environnement de l'Univers lointain étant sensiblement différent de celui des galaxies plus proches.

La solution proposée permet donc non seulement d'améliorer notablement la précision statistique de la mesure des distances des supernovæ thermonucléaires, mais également conforte la robustesse de ces mesures vis-à-vis d'effets systématiques. Au final, l'impact de cette technique affectera directement l'estimation des paramètres cosmologiques, lorsque les mesures proches de SNfactory seront combinées à des observations sur les supernovæ plus lointaines telles celles qu'a effectué la collaboration "SuperNova legacy survey".

L'abondance d'informations spectro-photométriques recueillies par la collaboration SNfactory ouvre un nouveau champ d'étude sur la standardisation des supernovae thermonucléaires : les bases sur lesquelles reposent les futurs grands relevés nécessaires pour l'analyse de l'Univers à grande échelle en seront consolidées.

 

Ce graphique est une carte de paramètres où la couleur représente la force de leur corrélation avec la luminosité des supernovae de type Ia. Les variations de cette dernière peuvent alors être corrigées, améliorant ainsi la précision des distances cosmologiques mesurées à l'aide de ces explosions stellaires. Les nouveaux paramètres mis en évidence par cette carte représentent une amélioration significative par rapport aux méthodes standard de calibration des observations de supernovae de type Ia. Copyright : Stephen Bailey, LPNHE

 

 

(1) ou "SNfactory" : http://snfactory.lbl.gov
(2) Laboratoire de physique nucléaire et de hautes énergies - LPNHE (CNRS / Université Paris 6 Pierre et Marie Curie / Université Paris 7 Denis Diderot), Institut de physique nucléaire de Lyon - IPNL (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1)
(3) Centre de recherche astronomique de Lyon - Cral (CNRS / Université Claude Bernard Lyon 1, École Normale Supérieure de Lyon)
(4) Lawrence Berkeley national laboratory

 

Pour en savoir plus

  • "Using spectral flux ratios to standardize SN Ia luminosities", Astronomy and Astrophysics, vol. 500 no 2 (June III 2009) : http://arxiv.org/abs/0905.0340

Contact chercheur

  • IN2P3 : Stephen Bailey, Tél : 01 44 27 41 54
  • IN2P3 : Yannick Copin
  • Insu : Emmanuel Pecontal, Tél : 04 78 86 83 76
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