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Les novae


Aperçu
Étymologiquement, le terme de nova désigne une étoile nouvelle (stella nova). En réalité, les novae correspondent à un brève étape, intervenant à la fin de l'existence de certaines étoiles initialement très peu lumineuses, et au cours de laquelle la luminosité de ses astres augmente brusquement. Leur luminosité peut alors en quelques heures seulement, et pendant quelques jours ou plusieurs semaines, devenir dix mille fois supérieure à celle du Soleil. La plupart du temps, la luminosité de l'étoile n'augmente que d'un facteur cent, et l'on parle plutôt dans ce cas de novae naines. Toujours est-il que c'est à cet instant qu'on les repère en général, et que l'on peut être tenté d'y voir, à l'instar des astronomes des siècles passés, des astres "nouveaux". [Les étoiles]
[Les étoiles variables]
Selon toute vraisemblance, ces objets à quelque type qu'ils appartiennent, correspondent à des systèmes binaires, dont l'une des composantes est une naine blanche, astre compact dont le coeur s'est éteint, et l'autre composante une étoile plus jeune et froide, à l'enveloppe dilatée. [Les étoiles multiples]
[Les naines blanches]
L'attraction gravitationnelle de la naine happe le gaz de sa compagne. La matière ainsi accaparé par la naine blanche ne tombe pas directement à sa surface. Il s'enroule en spiralant au tour de l'étoile et finit par former un anneau, ou disque dit d'accrétion, dont la température est très élevée. Les transferts de matière d'une étoile vers l'autre et transitant par le disque d'accrétion sont à l'origine d'une grande variété des phénomènes explosifs, expliquant les brusques augmentations d'éclat.

Si l'explosion se révèle suffisamment puissante, elle n'affectera plus seulement les régions périphériques de la naine blanche. Elle la détruire complètement et l'on aura affaire à une supernova. Un déferlement d'énergie des milliers de fois plus puissant que celui rencontré dans les novae.

A noter qu'il existe d'autres possibilités pour qu'une étoile manifeste un comportement comparable à celui d'une nova. Ainsi en est-il en particulier, quand certaines étoiles de masse légèrement supérieure à celle du Soleil parviennent au stade de géante rouge et se débarrassent très brusquement de leur enveloppe lors d'une explosion, appelée le flash terminal d'hélium. Deux cas ont été signalées dans la Galaxie. Le plus connu est l'étoile (ou "nova") de Sakuraï dans le Sagittaire.
[Les supernovae]

Mise en ordre
Novae ordinaires - Elles correspondent à des explosions très puissantes (quelque chose comme dix milliards de milliards de tonnes de dynamite), se produisant à la surface, enrichie en carbone, azote, et oxygène, de la naine blanche, suite à l'accumulation d'hydrogène et d'hélium en provenance du disque d'accrétion. Une naine blanche étant un objet excessivement compact, le champ de gravitation à sa surface y est intense. Il s'ensuit que l'enveloppe de gaz dont elle est se dote alors s'en trouve donc comme écrasée. Pression et température (plus de 108 K) de la couche d'hydrogène augmentent donc considérablement. Ainsi, quand une quantité d'hydrogène équivalente à une centaine de masses terrestres se trouve rassemblée autour de l'étoile morte, le gaz dépasse une densité dix mille fois supérieure à celle de l'eau, dans les conditions ordinaires. La compression est telle, que des températures de l'ordre du million de degrés sont atteintes. Si le processus se poursuit encore, les atomes finissent par fusionner brutalement comme dans une immense bombe thermonucléaire. De nouveaux atomes impossibles à produire dans le coeur des étoiles ordinaires, comme l'azote-15 sont synthétisés à l'occasion du processus. L'onde de déflagration souffle alors dans l'espace interstellaire à plusieurs milliers de kilomètres par seconde, la fine enveloppe de la naine blanche. Soit une masse de mille à cent-mille fois inférieure à celle du Soleil. C'est la boule de feu qui grandit alors pendant quelques semaines dans l'espace que l'on désignera, en principe, sous le terme de nova. La luminosité est multipliée par plusieurs millions en quelques heures et reviendra à son niveau antérieur quand toute la matière dispersée dans l'espace par l'explosion se sera complètement diluée et refroidie.

Novae naines - On qualifie ainsi des objets dont les augmentations de luminosité révèlent des caractéristiques comparables à celles des novae ordinaires, mais avec une amplitude moindre. L'origine de leurs explosions semble être le point d'impact sur le disque du jet de matière en provenance de l'étoile dilatée. Les conditions de température et de pression dans ce "point chaud", pourraient atteindre des valeurs justifiant le déclenchement de réactions de fusion thermonucléaire des noyaux d'hydrogène. Exemples de novae naines : U Gem (Gémeaux), Z Cam (Girafe), ER UMa (Grande Ourse), ou encore WZ Sge (Flèche). Une nova naine implique en moyenne 10-8 masses solaires, soit cent mille fois moins de matière qu'une nova énergétique. 
Novae récurrentes : L'une des caractéristiques des novae naines et de certaines novae ordinaires est la récurrence, c'est-à-dire qu'elles connaissent des explosions à intervalles très irréguliers. Il existe ainsi des novae qui, à l'instar de T CrB (Couronne Boréale), U Sco (Scorpion), ou RS Oph (Ophiuchus), gratifient les astronomes d'une nouvelle explosion de temps à autre. Pour T Pyx (Boussole), par exemple, qui bat tous les records de fréquence, ce sera tous les dix à vingt ans en moyenne. Les novae naines se montrent bien plus généreuses en matière d'explosions : U Gem, par exemple, connaît une crise en moyenne tous les trois mois. En fait, pratiquement toutes les novae peuvent être considérées comme potentiellement récurrentes. Simplement l'intervalle entre deux explosions dans le cas des novae ordinaires est de l'ordre de 10 000 à 100 000 ans et donc beaucoup trop long pour que les astronomes aient jamais pu enregistrer plus d'un événement!

La Relation Kukarkin-Parenago

Les astronomes Boris Kukarkin et Pavel Paranego ont montré dans les années 1930 qu'il existe pour les novae récurrentes une relation entre le temps écoulé depuis une explosion donnée et l'augmentation de luminosité observée au cours de l'explosion suivante. L'origine de cette relation peut se comprendre par un effet d'accumulation dans le processus de transfert de matière. La violence d'une explosion est en rapport avec la quantité de gaz qu'elle implique. Or cette quantité est d'autant plus importante qu'elle a disposé de temps pour s'accumuler.

Rouages

Le mécanismes des explosions

Selon un schéma proposé par Evry Schatzman dès les années 1950, dans ces régions profondes, qui sont celles où la compression et l'échauffement sont maximaux, l'hydrogène et les autres atomes se trouvent dans un état très spécial qui a reçu le nom de dégénéré. Rien ne s'y produit alors comme il sied à de la matière placée dans les conditions habituelles. En particulier, l'élévation de température ne conduit pas à une dilatation. La naine blanche s'échauffe mais ne peut gonfler en géante rouge pour évacuer son trop-plein d'énergie. N'ayant pas une surface suffisante pour évacuer vers l'extérieur l'énergie produite, la température de l'astre augmente encore. Au point que les noyaux d'hydrogène fusionnent. Mais désormais, ce sera dans le cadre du cycle de réactions nucléaires dit CNO (carbone-azote-oxygène). Un processus rencontré ordinairement dans les étoiles chaudes, de masse supérieure à au moins deux ou trois masses solaires, et aboutissant également à la synthèse de l'hélium, mais catalysé par le carbone remonté, dans le cas présent, du cœur de la naine blanche. Le problème de l'élévation de température devient alors critique. L'enveloppe de la naine blanche produit de plus en plus d'énergie, mais ne parvient absolument pas à l'évacuer. Après un millier d'années à ce régime, la température dépasse les trente millions de degrés. En une semaine, les cent millions de degrés sont atteints, puis, très vite, les cent soixante millions... ainsi que le point de non retour. La naine blanche est devenue comme une cocotte-minute dont le contenu surchauffé n'aurait aucun véritable exutoire. Une seule solution alors : exploser.

Les régions inférieures de l'enveloppe de la naine blanche enfin déchargées du poids qui les comprimaient en profitent pour se détendre. L'astre gonfle alors jusqu'à un diamètre comparable à celui de notre étoile. Sa température superficielle chute rapidement au dessous de cinquante millions de degrés. Mais c'est bien suffisant pour que des réactions de fusion s'y produisent toujours. Désormais, cependant, l'astre possède une surface suffisamment dilatée pour évacuer confortablement l'énergie qu'il fabrique. Il s'ensuit que sont éclat croît démesurément. Et, en un ou deux jours, il brille comme dix mille soleils. Faute de combustible, le vampire est cependant condamné à revenir assez vite à sa nuit. L'étoile de nouveau se contracte en effet pour revenir à sa dimension originelle. La compression fera certes de nouveau augmenter la température. Mais maintenant son émission se fera principalement dans le domaine UV. En attendant une nouvelle éruption. Si la compagne de la naine blanche n'a pas trop souffert des événements, et surtout si elle possède encore assez de gaz dans son enveloppe pour continuer de nourrir le disque d'accrétion, peut-être que tout le processus pourra recommencer.

Après quelques semaines, c'est surtout de l'enveloppe qui a été expulsée par l'explosion, que viendra la lumière. La matière se disperse dans l'espace à une vitesse dépassant les mille kilomètres par seconde. Elle est d'abord transparente. Mais en se diluant et en se refroidissant, elle tend à bloquer les UV en provenance de l'astre central. Le rayonnement ainsi intercepté est alors réémis à des longueurs d'ondes plus grandes. L'enveloppe devient lumineuse dans le domaine visible et l'infrarouge. Sa lente diminution d'éclat accompagnant alors pendant les mois qui suive sa dilution progressive dans l'espace. La Galaxie s'en voit enrichie d'éléments chimiques lourds, dans des proportions sans doute bien moins importantes que lors de l'explosion d'une supernova, mais non négligeables. Les novae pourraient ainsi être responsables, depuis la formation de la Voie Lactée, de la dispersion dans le milieu interstellaire de l'équivalent de vingt millions de masses solaires.

[La Voie lactée]
[Le milieu interstellaire]

Collection
Les novae sont des phénomènes rares. Quelques dizaines d'étoiles deviennent des novae dans notre Galaxie chaque année. En moyenne, seulement trois ou quatre de ces phénomènes sont détectées. Les novae naines, plus fréquentes, manifestent souvent des sautes d'éclat à répétition, parfois espacées de quelques années, ou même de quelques mois. Les novae sont 700 fois plus fréquentes dans notre Galaxie que les supernovae. La liste qui suit rassemble quelques unes des novae les plus brillantes observées dans la Voie Lactée depuis le début du XXe siècle.
Date Nom constellation Magn.
02/1901 Per 1901 Persée 3
06/1918 Aql 1918 Aigle -1,1
06/1925 Pic 1925 Peintre 1,2
12/1934 Her 1934 Hercule 1,3
11/1942 Pup 1942 Poupe à,5
29/08/75 Cyg 75 Cygne 2
27/01/82 Aql 82 Aigle 6
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