Des astronomes viennent peut-être de trouver la plus jeune étoile à neutrons jamais découverte

Cela fait quelque temps que les astronomes soupçonnent l’existence d’une étoile à neutrons de la taille d’une ville, se cachant dans les restes poussiéreux de la supernova SN 1987A. À présent, ils sont à deux doigts de réussir à le prouver, faisant de l’objet la plus jeune étoile à neutrons jamais découverte.

La supernova 1987A (SN 1987A) est une supernova du Grand Nuage de Magellan, une galaxie naine proche de la Voie lactée, visible depuis l’hémisphère sud. Cette galaxie se situe à environ 170’000 années-lumière de la Terre. Les premières observations du phénomène ont été faites quelques heures à peine après que son éclat eut atteint la Terre dans la nuit du 23 février 1987, par plusieurs astronomes amateurs et professionnels d’Amérique du Sud, d’Australie et de Nouvelle-Zélande.

Cette supernova a été déclenchée par l’implosion d’une étoile massive et a été la supernova observée la plus proche de la Terre depuis l’invention du télescope. L’explosion a été si brillante que les observateurs terrestres ont pu la voir (à l’œil nu) durant plusieurs semaines.

Mais permettre une vue extraordinaire sur une supernova à proximité et persistante dans le ciel nocturne n’est pas le seul cadeau que SN 1987A nous ait offert. L’explosion a également offert aux astronomes une occasion sans précédent d’étudier ce qui déclenche les supernovae, ainsi que la manière dont ces explosions puissantes se propagent dans leur environnement. En réalité, nous pouvons même voir l’onde de choc de SN 1987A s’accélérer encore aujourd’hui, interagissant avec des nuages ​​de poussière qui encerclent le site d’origine de l’explosion cosmique.

L’accéléré ci-dessous montre comment l’onde de choc de la Supernova 1987A se propage, sur 25 ans :

(Crédits : Yvette Cendes/Université de Toronto/Observatoire de Leiden)

Cependant, un mystère demeure : qu’est-ce que l’explosion de SN 1987A a laissé derrière elle ? Selon de nouvelles études, la réponse est : probablement une étoile à neutrons.

Le cadavre de SN 1987A

Pendant un certain temps, les astronomes ont supposé que SN 1987A avait initialement laissé derrière elle une étoile à neutrons. C’est parce que quelques heures avant que la lumière de la supernova n’atteigne la Terre, les chercheurs ont détecté un afflux de particules de neutrinos qui balayaient la Terre, comme on peut s’y attendre si une supernova éclate à proximité.

Il faut savoir que le neutrino est une particule élémentaire du modèle standard de la physique des particules : dans le détail, il s’agit des fermions de spin ½, plus précisément des leptons. Ils sont électriquement neutres et il en existe trois « saveurs » : électronique, muonique et tauique.

Ces particules presque imparables filent directement à travers le matériau dense présent lors d’une explosion de supernova – contrairement à la lumière, qui reste un peu bloquée. En fait, l’événement de SN 1987A était la toute première fois que des scientifiques détectaient des neutrinos au-delà de notre système solaire.

Cependant, même si ces neutrinos proviennent presque certainement de la naissance d’une étoile à neutrons dans SN 1987A, les astronomes ne savent pas si cette étoile à neutrons vit, ou si elle s’est rapidement effondrée en trou noir. Et malgré des décennies de surveillance du site, les observateurs n’ont pas encore trouvé de signes convaincants d’un objet compact caché près du centre de SN 1987A. Du moins, jusqu’à présent.

Des astronomes rapportent qu’ils ont trouvé des preuves convaincantes que SN 1987A héberge toujours une étoile à neutrons, ce qui en ferait le plus jeune cadavre stellaire jamais connu. L’ancien détenteur du record, appelé Cassiopeia A, est estimé à environ 330 ans.

Les astronomes ont réalisé l’étude en utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (dit ALMA) – un radiotélescope au Chili capable de scruter la poussière obscurcissante. Ces nouvelles images à très haute résolution ont révélé une « tâche » chaude, qui se cachait au cœur de SN 1987A.

Cependant, il faut savoir que la tache elle-même n’est pas l’étoile à neutrons ! En effet, comme les étoiles à neutrons compressent environ 1,4 fois la masse du Soleil dans une sphère d’environ 25 kilomètres de large, elles sont impossibles à voir directement.

Au lieu de cela, la tâche nouvellement découverte semble être un nuage de gaz géant qui surpasse considérablement son environnement, et elle est située exactement là où les astronomes pensent que l’étoile à neutrons de SN 1987A devrait être. « Il doit y avoir quelque chose dans le nuage qui a réchauffé la poussière et qui la fait briller », a expliqué le co-auteur de l’étude Mikako Matsuura, de l’Université de Cardiff, dans un communiqué de presse.

À sa plus grande longueur, la tâche couvre environ 4000 unités astronomiques (une unité astronomique étant la distance moyenne Terre-Soleil) et elle est estimée à une température d’environ 5 millions de degrés Celsius. « C’est pourquoi nous suggérons qu’une étoile à neutrons se cache à l’intérieur du nuage de poussière », a ajouté Matsuura.

Cette tâche n’est cependant pas située exactement au centre de SN 1987A : elle est légèrement décalée. Mais ce n’est pas un élément problématique. En effet, les astronomes soupçonnent depuis longtemps que SN 1987A a explosé de manière asymétrique, projetant plus de matière dans une direction que dans l’autre. Et selon la troisième loi du mouvement de Newton, une telle explosion asymétrique aurait « repoussé » l’étoile à neutrons dans la direction opposée, à des centaines de kilomètres par seconde. Ainsi, en calculant simplement la distance parcourue par l’étoile à neutrons dans l’espace au cours des 30 dernières années, les astronomes peuvent prédire son décalage par rapport au centre de SN 1987A. En fait, c’est précisément là où ils ont trouvé le blob dans les images de l’ALMA.

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Maintenant que les astronomes ont probablement trouvé l’emplacement de l’étoile à neutrons dans SN 1987A – et l’ont surnommé « NS 1987A », la véritable quête de compréhension peut débuter. Pour commencer, les chercheurs veulent vraiment savoir si NS 1987A est un pulsar (une étoile à neutrons émettant un puissant faisceau de rayonnement radio lors de sa rotation). À noter que tous les pulsars sont des étoiles à neutrons, mais toutes les étoiles à neutrons ne sont pas des pulsars !

Tandis que les astronomes ne savent pas encore exactement quel mécanisme produit le jet radio d’un pulsar, ils pensent qu’il est lié à des facteurs tels que le spin et le champ magnétique de l’étoile. Mais jusqu’à présent, les astronomes n’ont détecté aucune impulsion radio de ce type en provenance de SN 1987A. De plus, la quantité d’énergie actuelle du blob en question ne semble pas permettre une énergie supplémentaire provenant des impulsions à l’intérieur.

Afin de déterminer définitivement si NS 1987A est un pulsar ou simplement une étoile à neutrons ordinaire, les astronomes doivent continuer à analyser la masse et la température estimées de la tâche. Ensuite, en recherchant de près les variations périodiques de la luminosité de cette dernière, ils pourront être capables de lier les scintillements au rythme constant d’un pulsar à l’intérieur (ou non). Dans tous les cas, les chercheurs sont très heureux qu’un mystère vieux de plusieurs décennies sur ce qui se cache au cœur de SN 1987A soit susceptible d’être enfin résolu.

Sources : The Astrophysical Journal, National Radio Astronomy Observatory