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Quasar 95 Club dastronomie De Frouville JP. Maratrey - Octobre 2009.

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1 Quasar 95 Club dastronomie De Frouville JP. Maratrey - Octobre 2009

2 Au programme : SN 1054 Un peu dhistoire Comète, nova ou supernova ? Identification Découverte du rémanent La nébuleuse du crabe Létoile centrale

3 Un peu dhistoire SN 1054 est lune des 8 supernovas de notre Galaxie dont des témoignages écrits nous sont parvenus. Létude de ces témoignages anciens débute au 19 ème siècle. La famille Biot, Jean-Baptiste, puis son fils Edouard, sinologues, traduisent des passages du traité dastronomie de lencyclopédie chinoise en 348 volumes (Le Wenxian Tongkao).

4 En Chine : Un peu dhistoire Les chinois nomment ces astres qui apparaissent spontanément et temporairement dans le ciel, des « étoiles invitées ». Cest pendant le règne de lempereur Song Renzong, de la dynastie Song ( ), que SN 1054 est apparue. Les témoignages écrits datent de plus dun siècle après lévènement. 6 dentre eux sont dignes de confiance, se recoupent parfaitement, et ont été par la suite confirmés par dautres témoignages dautres provenances. En 1942, Jan Oort, convaincu que l « étoile invitée » chinoise est la nébuleuse du Crabe décrite par Charles Messier, compile de nouveaux témoignages de lobservation.

5 En Chine : Un peu dhistoire Le royaume Khitan, au nord de la Chine et de la Mongolie, rapporte aussi SN 1054, en précisant que cette apparition ne peut représenter quun personnage important (le roi). Par déduction logique, la disparition de létoile invitée prédisait la mort du roi. Ce qui arriva effectivement… « Ere Zhihe du règne, première année, cinquième mois lunaire, jour jichou. Une étoile invitée est apparue au sud-est de Tianguan*, peut-être à plusieurs pouces de distance. Après plus dune année, elle sest dispersée et a disparu. » * Tianguan est létoile Tauri Linterprétation de ces documents amènent à placer larrivée de la supernova le 4 juillet Elle fut visible en journée pendant 23 jours, et deux ans de nuit. Le premier et le plus important témoignage est le Wenxian Tongkao (lencyclopédie chinoise). Le texte indique :

6 Au Japon : Un peu dhistoire 3 textes japonais mentionnent létoile. Le principal est lœuvre dun poète. Les autres, moins précis en sont probablement inspirés. Le poète en question sappelle Fujiwara no Teika ( ). Il décrit létoile invitée dans son journal intime. Cest semble-t-il après lobservation dune comète quil sintéressa à ces objets. Il rapporte entre autres SN 1054, SN 1006 et SN La date quil mentionne correspond à la période du 30 mai au 8 juin 1054 du calendrier julien. Les spécialistes suspectent une erreur* sur la dénomination du mois japonais, et conservent la date du 4 juillet. La position de létoile correspond avec celle des chinois. * Si cette période est la bonne, létoile est en conjonction avec le Soleil, ce qui la rend invisible… Les deux autres témoignages japonais reprennent cette erreur, confirmant la recopie du texte du poète.

7 Le monde arabe : Un peu dhistoire Plutôt intéressés par les phénomènes astronomiques réguliers, périodiques et prévisibles, les arabes ne se sont que très peu intéressés aux astres imprévisibles comme les comètes ou les supernovas. Le seul témoignage a été retranscrit par Ibn Abi Usaybia ( ) daprès un document non retrouvé à ce jour de Ibn Bultan. Il place la supernova dans la constellation zodiacale de Gémeaux, ce qui est correct en tenant compte de la précession. Le texte est contradictoire quant à la date de lapparition de létoile. Il en précise deux. La bonne est celle correspondant aux eaux basses du Nil, sujet évoqué dans le texte. De plus, ce texte précise que lapparition de létoile invitée a déclenché une épidémie meurtrière, épidémie en cohérence avec la date de juillet 1054

8 En Europe : Un peu dhistoire Contrairement à la supernova de 1006, abondamment commentée en Europe, celle de 1054 na laissé aucune trace exploitable. Une des hypothèse (invérifiable) avancée est que des évènements tels que lexcommunication du patriarche de Constantinople, Michel 1 er (le 16 juillet 1054) auraient censuré la retranscription dobservations. Plus plausible est le fait que les documents de cette époque ne sont pas écrits par des astronomes, mais par des érudits sans connaissance de lastronomie, et auraient donc éliminé tout ce quils ne comprennent pas.

9 Comète, nova ou supernova ? Chez les chinois, une « étoile invitée » peut être une comète, une nova ou une supernova. Comment faire la distinction ? Une comète se déplace dans le ciel, contrairement aux deux autres astres. Les chinois sont précis : lobjet est resté deux ans à la même place. Une nova est un phénomène moins lumineux quune supernova. Celles qui sont visibles sont donc plus proches du Soleil et peuvent apparaître dans toute région du ciel. Les supernovas sont visibles de plus loin, et ont donc plus de chance de se trouver dans les bras de la Galaxie, dans la bande de la Voie Lactée, ce qui est le cas pour SN Dautre part, les novas sont visibles moins longtemps quune supernova. Les deux ans de visibilité indiquent que lon a bien là une supernova.

10 Identification Cest à partir de 1921 que lidée de lexistence de supernovas commence à faire son chemin. Carl Otto Lampland observe des changements dans la taille et la structure de la nébuleuse du Crabe. A cette époque, la nature des nébuleuses est inconnue et sujette à débats. En 1928, Edwin Hubble note que les changements de taille de la nébuleuse du Crabe suggère quil sagit des restes dune explosion stellaire. La rapidité de ces changements lui indique que lexplosion a eu lieu 9 siècles auparavant. Recoupant ces données avec les observations chinoises, il déduit que létoile invitée de 1054 est à lorigine de la nébuleuse du Crabe. En 1939, Zwicky et Baade mettent en évidence la nature extrêmement lumineuse des supernovas. La spectroscopie permet de mesurer la vitesse dexpansion de la nébuleuse, et destimer sa taille et sa distance. Nicolas Mayall lévalue à al. Léclat de lastre décrit par les chinois en 1054 mène naturellement à le considérer comme une supernova, dont le rémanent est la nébuleuse du Crabe, en expansion.

11 Découvertes du rémanent Le découvreur du rémanent de SN 1054, la nébuleuse du Crabe, est John Bevis* ( ), médecin britannique et astronome amateur. Cétait en 1731, 28 ans avant sa redécouverte par Charles Messier. * John Bevis est le premier et le seul astronome à avoir décrit loccultation dune planète du système solaire par une autre, en loccurrence celle de Mercure par Vénus le 28 mai Le retour de la comète de Halley est prévue pour mars / avril Le calcul de cette date revient à Nicole Reine Lepaute, Alexis Clairaut et Jérôme Lalande. Charles Messier, chasseur de comètes, croit lavoir découverte dans le Taureau. Lobservation sur plusieurs jours lui indique que lobjet en question est fixe, et nest donc pas une comète, mais une nébuleuse. Pour éviter toute confusion, il décide de répertorier tous ces objets nébuleux afin de ne pas les confondre avec des comètes. Cest son célèbre catalogue, qui comporte aujourdhui 110 objets, et dont le premier, M 1, est justement la nébuleuse du crabe. Les Herschel (William et Caroline) notent son observation à plusieurs reprises. William conclut quil sagit dune agglomération détoiles…

12 La nébuleuse du Crabe Le rémanent de la supernova SN 1054 sappelle la nébuleuse du crabe, suite à lallure dun dessin réalisé par William Parson (Lord Rosse) en Ses autres noms sont M1, NGC 1952, et Taurus A ou Taurus X-1 en référence au pulsar quil abrite.

13 La nébuleuse du Crabe La nébuleuse du crabe de nos jours, vue par Hubble

14 La nébuleuse du Crabe La nébuleuse du crabe de nos jours, vue par Hubble. Structure filamenteuse.

15 La nébuleuse du Crabe Situation :Constellation du Taureau Coordonnées :AD 5h Dec 22° Taille angulaire :6 x 4 Distance : al Diamètre :11 al Vitesse dexpansion :1 500 km/s Caractéristiques principales :

16 La nébuleuse du Crabe Les filaments sont les restes de latmosphère de létoile, et sont composés principalement dhydrogène et dhélium, mais aussi de carbone, dazote et doxygène, de fer, de néon, de soufre. Ces éléments apparaissent dans le spectre de la nébuleuse, et ce sont eux qui donnent ses couleurs à la nébuleuse. Caractéristiques principales : La température des filaments est comprise entre et K. Leur densité est de atomes/cm 3. Au centre de la nébuleuse, trône le résidu de létoile, une étoile à neutrons. Depuis sa première observation scientifique les astronomes lont vue évoluer en taille angulaire. La mesure de la vitesse dexpansion permet de calculer lâge de la nébuleuse, cest-à- dire le moment où létoile a explosé. Le calcul donne une date dix ans plus tôt que les observations chinoises. Cet écart serait dû à une accélération de lexpansion au cours du temps, si lon tient compte du vent stellaire de létoile centrale.

17 Létoile centrale Au centre de la nébuleuse, on trouve une étoile peu brillante (en fait, une deuxième est visible). Elle a été identifiée par Rudolphe Minkowski en 1942 par létude de son spectre. Ce dernier est très inhabituel, ne ressemblant pas aux spectres des étoiles « classiques ». En effet, elle émet dans toutes les longueurs donde, des ondes radio aux ondes gamma. Cest lune des étoiles les plus étudiées. Un pulsar est une étoile à neutrons, résultat de lexplosion dune supernova. Létoile en question, avant dexploser, devait avoir une masse comprise entre 8 et 12 fois celle du Soleil. En dessous de 8 masses solaire, les étoiles donnent des naines blanches accompagnées de nébuleuses planétaires. Au dessus de 12 masses solaires, la composition chimique des rémanents est différente. Autres noms de létoile centrale : NP 0532, PSR B , PSR J Cette étoile centrale est un pulsar. Il a été découvert en 1968 par le radiotélescope de Green Bank (USA). Ce télescope a détecté dans la nébuleuse du Crabe un astre qui émet en radio à intervalles rapprochés, mais réguliers. Un signal est reçu toutes les 33 millisecondes.

18 Létoile centrale Au moment de lexplosion, létoile expulse violemment ses couches externes qui deviendront le rémanent. Le résidu est extrêmement petit, très chaud, tourne très vite et est sujet à un champ magnétique colossal. Voici les caractéristiques du pulsar : Vitesse de rotation : 30 tours / seconde Taille : entre 28 et 30 km de diamètre Masse : 2 masses solaires environ Champ magnétique : environ 10 8 Tesla Luminosité : fois celle du Soleil Densité : 1 milliard de tonnes/cm 3

19 Létoile centrale Le processus démission dun pulsar est représenté sur le schéma suivant : Létoile tourne autour dun axe qui nest pas celui du champ magnétique. Lémission a lieu dans la direction du champ magnétique, dans un cône creux. Si lobservateur est dans le prolongement de lémission, il reçoit un signal périodique.

20 Létoile centrale Le résultat vu de la Terre est le suivant : Les deux pics principaux correspondent au passage des deux bords du cône dans laxe de visée. Ce schéma se reproduit à lidentique toutes les 33 millisecondes. Ces impulsions sont notées dans toutes les longueurs dondes. Elles sont synchrones et en phase.

21 Létoile centrale Aux abords du pulsar, de la matière tourne rapidement et forme un disque responsable des émissions des courtes longueurs dondes (très énergétiques). Ces mouvements sont détectables sur des courtes durées, comme le montrent ces vues de Hubble sur moins de 4 mois. Les vaguelettes se déplacent à la moitié de la vitesse de la lumière.

22 Létoile centrale La pulsar du crabe émet du rayonnement sur tout le spectre électromagnétique, sur au moins 18 ordres de grandeurs. Cest lun des rares pulsars à être détectable aussi bien en radio, en optique visible, en X et en gamma. La rotation ralentit avec le temps, du fait de son magnétisme. Il se comporte comme un aimant tournant. Les lois de lélectromagnétisme montrent quun tel « dipôle » émet de lénergie sous forme de rayonnement. Cette émission dénergie se traduit par une diminution de sa vitesse angulaire. Combinaison dune image de Hubble en optique (en rouge) et de Chandra en X (en bleu) De plus, on note de très légères variations dans la vitesse de ralentissement, variations appelées « Glitches », sans doute dus à des réajustements de la structure interne de létoile.

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