Une grande première : des scientifiques ont observé le « chaînon manquant » entre les étoiles et les trous noirs
Pour la première fois, nous disposons enfin d’une preuve observationnelle directe du processus stellaire qui produit les étoiles à neutrons et les trous noirs.
Impression d’artiste d’un objet compact et d’une étoile compagnon gonflée. (ESO/L. Calçada)
À partir d’une supernova qui a explosé dans une galaxie voisine, les astronomes ont observé l’émergence d’un objet présentant les caractéristiques de ces objets compacts. On ne sait pas exactement de quel type il s’agit, étoile à neutrons ou trou noir, mais cette découverte confirme enfin que l’effondrement du cœur des étoiles massives produit les objets les plus denses de l’Univers, dans une explosion spectaculaire de matière stellaire.
On pense que les trous noirs de masse stellaire et les étoiles à neutrons résultent de processus similaires.
Vers la fin de sa vie, une étoile n’a plus le combustible nécessaire pour entretenir la fusion, le processus qui la maintient en vie. Le noyau, qui n’est plus soutenu par la pression extérieure de la fusion, s’effondre sous l’effet de la gravité pour devenir un objet très dense (pour la plupart des étoiles, en tout cas).
La nature de cet objet dépend de sa masse. Les étoiles dont la masse est inférieure à huit soleils produisent une naine blanche, le destin prévu du Soleil lui-même.
Si l’étoile précurseur avait une masse comprise entre 8 et 30 fois celle du Soleil, le noyau s’effondre en une étoile à neutrons d’une masse maximale d’environ 2,3 masses solaires.
Les étoiles les plus massives, de plus de 30 masses solaires, deviennent des trous noirs de masse stellaire.
Toutefois, notre compréhension de ce processus repose en grande partie sur l’observation de ses conséquences. Par exemple, les étoiles à neutrons de la Voie lactée brillent à l’intérieur des vestiges de l’explosion de la supernova qui les a vues naître, comme le célèbre pulsar du Crabe (ci-dessous) ou le pulsar Vela (un pulsar est un type d’étoile à neutrons).
Image composite de la nébuleuse du Crabe et du pulsar qu’elle contient. (Rayons X : NASA/CXC/SAO ; Optique : NASA/STScI ; Infrarouge : NASA-JPL-Caltech)
Cela fait des siècles que nous n’avons pas vu de supernova dans la Voie lactée. Et même si c’était le cas, nous ne pourrions peut-être pas voir ce qu’il en reste. La supernova la plus proche observée récemment, une étoile qui a explosé dans le Grand Nuage de Magellan en 1987, contient tellement de poussière en son centre qu’il est impossible de voir le noyau résiduel supposé se trouver à l’intérieur. Sans parler des difficultés liées à l’observation des résultats d’une supernova située à des millions d’années-lumière.
C’est du moins ce que nous pensions. La supernova SN 2022jli a été repérée pour la première fois l’année dernière, explosant dans une galaxie spirale appelée NGC 157, à seulement 75 millions d’années-lumière. Les scientifiques ont été immédiatement captivés, tournant leurs télescopes vers NGC 157 pour observer la supernova s’éclaircir, atteindre son apogée et s’estomper au cours des jours, des semaines et des mois qui ont suivi.
Impression d’artiste d’une étoile d’un système binaire survivant à la supernova de son compagnon. (ESO/L. Calçada)
Il s’agit normalement d’un processus en douceur, qui se traduit par une courbe de lumière qui s’estompe et qui est à peu près régulière.
Mais SN 2022jli a fait quelque chose de vraiment bizarre. Après son apogée, elle ne s’est pas éteinte de manière régulière, mais avec un changement périodique de luminosité. Tous les 12,4 jours, pendant les 200 jours où les scientifiques l’ont suivie, la supernova s’est éclaircie avant de s’éteindre progressivement.
« C’est la première fois », écrit une équipe dirigée par l’astrophysicien Thomas Moore de la Queen’s University Belfast dans un article publié l’année dernière, « que des oscillations périodiques répétées, sur de nombreux cycles, ont été détectées dans la courbe de luminosité d’une supernova ».
Aujourd’hui, une deuxième équipe dirigée par l’astrophysicien Ping Chen, de l’Institut Weizmann des sciences en Israël, a compris pourquoi.
Selon les astronomes, la plupart des étoiles ne sont pas solitaires, mais ont des compagnons. L’étoile SN 2022jli avait probablement un compagnon binaire, qui a survécu à la supernova et est resté en orbite avec l’objet aujourd’hui explosé.
Chen et ses collègues ont découvert des bouffées de rayonnement gamma et des mouvements d’hydrogène à l’endroit où la supernova s’est produite. Leur analyse a révélé que les changements de luminosité sont probablement dus à une interaction entre le vestige de SN 2022jli et l’étoile compagnon. Lorsque SN 2022jli a éjecté sa matière externe, elle a gonflé l’étoile compagnon avec de l’hydrogène.
Une impression d’artiste du processus qui a conduit à SN 2022jli, et de son étrange suite. (ESO/L. Calçada)
À la suite de l’explosion, l’orbite des deux objets fait passer le reste du noyau compact dans l’atmosphère gonflée du compagnon, où il absorbe une grande partie de l’hydrogène. Lorsque l’hydrogène tombe sur le vestige, il s’échauffe, ce qui provoque une lueur.
Les chercheurs ne savent pas si l’objet est un trou noir ou une étoile à neutrons. Mais ils sont convaincus qu’il s’agit de l’une d’entre elles. SN 2022jli est donc la première supernova dont les astronomes ont pu observer, en temps réel, l’émergence d’un objet compact.
C’est l’aboutissement de décennies d’observation, d’analyse et de théorie. À partir de là, notre compréhension des trous noirs et des étoiles à neutrons ne peut que se renforcer.
« Nos recherches s’apparentent à la résolution d’un puzzle en rassemblant toutes les preuves possibles », explique M. Chen. « Toutes les pièces qui s’alignent mènent à la vérité. »
La recherche a été publiée dans la revue Nature.
Source : Sciencealert – Traduit par Anguille sous roche
