Nouvelles perspectives sur les interactions tardives dans les supernovae de type Ia

Les supernovae de type Ia (SNe Ia) sont super importantes pour comprendre l'univers parce qu'on peut les utiliser pour mesurer des distances dans l'espace. Mais, tous les détails des étoiles qui explosent en SNe Ia et comment elles explosent ne sont pas encore complètement compris. Un aspect que les chercheurs étudient, c'est le matériel qui entoure ces étoiles qui explosent, connu sous le nom de matériel circumstellaire (CSM).

Quand une supernova se produit, l'explosion peut interagir avec ce matériel qui l'entoure. Cette interaction pourrait créer un signal ou augmenter la luminosité de la lumière de la supernova à certains moments. La plupart des recherches ont jusqu'à présent été centrées sur la recherche de CSM qui a été éjecté juste avant l'explosion. Ça veut dire que les signes d'interaction étaient attendus pour apparaître tôt après l'explosion.

Dans cette étude, on vise à trouver des signes d'interaction qui se produisent beaucoup plus tard, spécifiquement plus de 100 jours après que la supernova atteigne son pic de luminosité. À partir d'un grand ensemble de données de 3 627 SNe Ia trouvés par le Zwicky Transient Facility (ZTF) entre 2018 et 2020, on a cherché des signes d'interaction tardive.

#Méthodologie

On a soigneusement analysé les Courbes de lumière des SNe Ia dans notre échantillon. Une courbe de lumière est un graphique qui montre comment la luminosité de la supernova change au fil du temps. En regroupant les données tardives, on a essayé de maximiser les chances de détecter des signaux tardifs. Ça veut dire combiner des données de différents jours pour pousser nos limites de détection plus loin.

Pendant notre analyse, on a découvert un potentiel rééclaircissement tardif dans trois SNe Ia spécifiques : SN 2018grt, SN 2019dlf et SN 2020tfc. Ces signaux tardifs ont été détectés entre 550 et 1450 jours après le pic de luminosité de l'explosion. La luminosité de ces signaux variait de 16,4 à 16,8 magnitudes dans la bande r, ce qui est nettement plus lumineux que les interactions tardives observées dans des études précédentes.

#Résultats

Les détections se sont toutes produites à proximité du centre de leurs galaxies hôtes, rendant peu probable qu'elles soient causées par d'autres événements astronomiques comme des noyaux galactiques actifs ou des transitoires non liés. Ça suggère que des facteurs environnementaux ou des caractéristiques uniques des systèmes de progeniteurs pourraient influencer la production de ces signaux d'interaction tardive.

D'après nos simulations du sondage ZTF, on estime qu'environ 0,5 % des SNe Ia normaux montrent des interactions CSM tardives significatives. Ça se traduit par un taux estimé de 0,2 à 0,4 Gpc par an, étant donné un taux constant de SNe Ia à 0,03 Mpc par an.

#Types de supernovae de type Ia

Les supernovae de type Ia existent sous différentes formes ; elles peuvent varier en luminosité et en caractéristiques spectrales. Certaines de ces variations ne peuvent pas être expliquées par les modèles standards utilisés pour la plupart des SNe Ia. Une de ces variations implique des événements interagissant avec du matériel circumstellaire, entraînant des courbes de lumière inhabituelles. Le premier exemple connu de cela était SN 2002ic, qui montrait des signes d'interaction.

Les caractéristiques de ces interactions peuvent varier énormément, avec certaines SNe Ia montrant une lente diminution de luminosité, tandis que d'autres peuvent montrer des comportements plus complexes. Un exemple bien étudié d'un événement Ia-CSM est SN 2011km, où l'interaction avec une coquille complexe de matériel a été observée.

#Défis d'observation

Chercher des signatures d'interaction tardive présente plusieurs défis. Les SNe plus âgés ne sont généralement pas surveillés activement, ce qui rend plus facile de passer à côté des interactions tardives. Les efforts de recherche ont utilisé des télescopes avancés et des techniques d'imagerie pour attraper les interactions tardives, mais le succès a été limité.

Des études précédentes qui ont utilisé le télescope spatial Hubble n'ont trouvé que quelques cas d'interactions CSM tardives parmi de nombreuses cibles. Ça indiquait qu'il est rare de capter ces interactions à moins d'adopter une approche systématique et complète.

Le ZTF offre une opportunité unique puisqu'il scrute le ciel fréquemment et capture un large éventail d'événements transitoires en temps réel. La profondeur et l'efficacité du ZTF en font un outil puissant pour détecter des sous-classes rares de supernovae, y compris celles présentant des interactions tardives.

#Traitement et analyse des données

Pour analyser efficacement les données de courbes de lumière, on a utilisé un pipeline personnalisé. Ce pipeline traite les données pour identifier d'éventuels excès de luminosité tardifs qui pourraient signifier une interaction CSM. On a utilisé des techniques de regroupement qui permettent d'avoir des limites de détection plus profondes, combinant les points de données sur divers intervalles de temps pour améliorer le rapport signal-bruit.

Après avoir traité les courbes de lumière, on a effectué des inspections visuelles pour écarter les détections fausses causées par des erreurs de traitement des données ou d'autres événements non liés.

#Résultats de l'étude

Dans notre analyse, on a confirmé la présence de signaux d'interaction tardifs dans trois SNe Ia. Pour SN 2018grt, la détection tardive a commencé 1350 jours après le pic de luminosité. Le signal était stable sur une période avant de retomber à zéro.

SN 2019ldf a vu ses détections tardives commencer 1050 jours après le pic et a montré un fort signal dans la bande r. Le comportement de la courbe de lumière de ce SN soutient encore plus la probabilité d'une interaction CSM tardive.

Enfin, SN 2020tfc a présenté des signaux tardifs dans toutes les bandes observées (g, r et i), à partir de 550 jours après le pic.

Les forces des signaux détectés étaient nettement plus fortes que celles observées dans des événements précédents, comme SN 2015cp, ce qui laisse penser que les fortes interactions tardives dans les SNe Ia pourraient être plus courantes que ce qu'on pensait auparavant.

#Discussion des interactions tardives

Les caractéristiques des interactions tardives observées dans SN 2018grt, SN 2019ldf et SN 2020tfc impliquent une connexion directe avec l'environnement autour de ces supernovae. La proximité des signaux par rapport aux galaxies hôtes soulève des questions sur l'histoire évolutive des étoiles progenitrices et la nature du matériel qui les entoure.

Les interactions tardives qu'on a observées suggèrent que le matériel a pu être éjecté longtemps avant l'explosion de la supernova. La distance et les caractéristiques de ce matériel peuvent influencer de manière significative la présence de signaux d'interaction tardive.

#Conclusion

Nos découvertes mettent en avant la rareté et l'importance des interactions tardives dans les SNe Ia. Étant donné qu'on n'a observé de tels événements que dans une petite fraction des SNe Ia étudiés, ça souligne le besoin de continuer à surveiller les supernovae bien après leur pic de luminosité.

Les courbes de lumière de notre échantillon suggèrent que les interactions avec du matériel circumstellaire peuvent se produire significativement après l'explosion initiale, révélant de nouvelles perspectives sur les cycles de vie de ces étoiles. Les travaux futurs se concentreront sur des enquêtes plus approfondies et des stratégies d'observation améliorées pour découvrir plus de cas d'interaction tardive dans les SNe Ia et affiner notre compréhension des processus sous-jacents.

À mesure que la technologie d'observation continue d'évoluer, surtout avec de nouveaux projets de télescopes à l'horizon, on peut s'attendre à encore plus de découvertes passionnantes dans le domaine des supernovae et de leurs interactions avec le matériel environnant.

La recherche continue approfondira notre compréhension des mécanismes derrière ces explosions et leur rôle dans l'évolution cosmique, contribuant à la grande image de la façon dont l'univers se comporte sur de vastes échelles de temps.