Les explosions stellaires

Dans un inventaire des phénomènes astronomiques violents, susceptibles d'exercer une influence irrémédiable et spectaculaire sur leur environnement, nous ne pouvons pas négliger les explosions stellaires, parmi lesquelles figurent évidemment les célèbres supernovæ. Pour situer ces phénomènes dans leur contexte, quelques notions d'astrophysique stellaire s'imposent.

Les étoiles sont des astres qui ont la particularité de donner lieu, en leur sein, à des réactions de fusion nucléaire. Ces réactions ont essentiellement deux conséquences. Tout d'abord, elles affectent la composition des étoiles, les éléments les plus légers fusionnant pour donner naissance à des éléments plus lourds. Ensuite, ces réactions nucléaires libèrent de grandes quantités d'énergie, grâce auxquelles elles nous apparaissent si brillantes. Ces étoiles ne sont pas des objets figés. Elles évoluent, et leur évolution dépend de leur masse. Le Soleil, en tant qu'étoile de masse modeste, évolue différemment des étoiles les plus massives (10 à 100 fois la masse du Soleil). Ces dernières étoiles sont celles qui donnent lieu aux réactions nucléaires les plus avancées : leur noyau se transforme jusqu'à former du fer (et dans une certaine mesure du nickel). Au delà, les réactions de fusion nucléaire ne peuvent se prolonger sans apport d'énergie extérieure, et l'étoile subit alors de lourdes transformations qui la conduisent à sa fin. En effet, le noyau de cette étoile massive se contracte, alors que ses couches extérieures sont violemment expulsées : c'est l 'explosion en supernova ! Dans ce cas spécifique, on parlera même plus précisément de supernova à effondrement de cœur.

Ce phénomène s'accompagne toujours d'une libération d'énergie très importante qui se manifeste notamment par un flash lumineux très brillant. Par le passé, plusieurs de ces phénomènes ont été recensés. Par exemple, la supernova SN1054A résulte de l'explosion d'une étoile massive située à environ 6500 années-lumière. L'explosion lumineuse resta visible depuis la Terre, en plein jour, pendant près de 23 jours. Elle demeura visible à l'oeil nu en pleine nuit pendant environ 650 jours. Cet événement astronomique a été relaté par de nombreuses civilisations (chinois, japonais, perses...). Le résidu de cette explosion est maintenant connu sous le nom de Nébuleuse du Crabe (voir illustration ci-contre). Indépendamment de la lumière dite visible libérée par cette explosion, il faut savoir que d'autres rayonnements sont émis par une supernova : ultra-violets, rayons X, rayons gamma... Ces derniers sont capables d'influencer considérablement l'écosystème planétaire, s'ils sont suffisamment abondants, mais les estimations actuelles suggèrent que cela ne puisse pas atteindre une ampleur suffisante pour provoquer des cataclysmes radicaux.

Parmi les explosions d'étoiles massives, on distingue une catégorie particulière de phénomène découverte il y a plusieures années, mais dont le mécanisme n'est pas encore totalement élucidé : il s'agit des sursauts gamma. Ce phénomène se manifeste par une soudaine émission de rayonnement très énergétique (rayons gamma), pendant un intervalle de temps très court (rarement plus de quelques secondes), mais avec une intensité prodigieuse. Ce phénomène spectaculaire accompagne vraisemblablement l'effondrement du cœur d'une étoile extrêmement massive. Actuellement, on considère que cette émission très intense de haute énergie se manifeste sous la forme de jets (voir illustration ci-contre), dans la direction de l'axe de rotation de l'étoile. Par exemple, le satellite d'observation Integral (ESA), sensible aux rayons gamma, à lui seul en détecte en moyenne un par jour. Jusqu'à présent, les événements de ce type détectés par les observatoires spatiaux sont extra-galactiques, mais un tel événement au sein de notre Galaxie n'est pas à exclure.

Étant donné la violence de ce phénomène, on pourrait se demander ce qu'il adviendrait de la Terre si elle se trouvait à portée du faisceau destructeur d'un sursaut gamma. Des études récentes montrent qu'un tel événement survenant à une distance de moins de 10000 années-lumière aurait un effet dévastateur sur la biosphère. L'effet direct du bombardement de l'atmosphère terrestre par les rayonnements de haute énergie (rayons X et gamma) issus de ces explosions est la dissociation et l'ionisation de molécules. De plus, alors que ce rayonnement de haute énergie interragit avec l'atmosphère, il perd de l'énergie, et atteint le sol sous forme de rayonnement ultra-violet. La face de la Terre orientée vers le sursaut gamma se retrouve donc exposée de façon directe à une grande quantité de rayonnement ultra-violet. Cette exposition directe est très dangereuse pour les êtres vivants, et ce même si l'événement est de très courte durée.

Toutefois, cet effet n'est pas le plus destructeur, du moins sur le long terme. Comme cela a été dit plus haut, cette interaction du rayonnement de haute énergie avec l'atmosphère conduit à la dissociation des molécules : il s'agit essentiellement de diazote et de dioxygène.  Les atomes d'azote réagissent dans l'atmosphère avec les moélcules d'oxygène, pour former des oxydes d'azote, souvent désignés par la formule générale NOx (regroupant NO et NO₂). Ces oxydes sont des catalyseurs pour la destruction de l'ozone. Un effet important est donc la destruction de la couche d'ozone. En l'absence de cette barrière protectrice d'ozone, la surface de la planète est particulièrement vulnérable au rayonnement ultra-violet issu, cette fois, du Soleil. Ici, l'effet est nettement plus prolongé, car les NOx persisteront plusieurs années : ce qui amplifie le caractère destructeur de la catastrophe. Il faut de nombreuses années pour que la couche d'ozone soit restaurée, ce qui laisse au rayonnement ultra-violet le temps de faire son œuvre. Sur une telle durée, les vents dominants et la diffusion vont propager les effets atmosphériques du sursaut gamma à la totalité de la planète. De plus, les oxydes d'azote présents en abondance dans l'atmosphère provoqueront des pluies acides également nuisibles aux espèces tant animales que végétales.

Enfin, un dernier effet, et non des moindres, est à considérer. Le dioxyde d'azote, sous forme d'un gaz brunâtre, absorbe très efficacement le rayonnement visible. Par conséquent, cette couche de molécules opacifiera l'atmosphère vis-à-vis de la lumière du Soleil, mais sans pour autant bloquer le rayonnement ultra-violet. La Terre sera donc plongée dans l'obscurité, tout en étant irradiée par les UV ! Cette obscurité conduira inévitablement à un refroidissement global de la Terre, avec tout ce que cela peut impliquer pour les espèces vivantes.