Des astronomes observent pour la première fois une supernova déclenchée par une collision cosmique

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Vue d'artiste d'une supernova. | Mehau Kulyk/SPL/Alamy

Pour la première fois, des astronomes ont détecté une supernova générée par la collision d’une étoile avec un trou noir ou une étoile à neutrons, dans une galaxie située à environ 500 millions d’années-lumière. L’événement est donc une supernova à effondrement de coeur déclenchée par une collision d’objets cosmiques. En théorie, cela peut se produire uniquement dans certains systèmes binaires (dans lequel deux étoiles orbitent l’une autour de l’autre), mais c’est la première fois que nous avons détecté un tel événement.

Les supernovas ont lieu selon deux scénarios bien distincts : par l’effondrement gravitationnel d’une étoile massive (supernova à effondrement de cœur), ou par l’explosion thermonucléaire d’une naine blanche à la suite d’une accrétion de matière arrachée à une étoile voisine (voire une collision avec cette dernière). Le scénario récemment observé est donc une variante du premier, déclenché par la fusion avec une étoile à neutrons ou un trou noir (à déterminer).

Une émission radio intense détectée par le VLA

Le type de supernova le plus courant est la supernova à effondrement de coeur, qui se produit lorsqu’une étoile massive n’a plus de combustible à brûler et s’effondre. « C’est une étoile qui meurt de vieillesse », explique Dillon Dong, de l’Institut de technologie de Californie à Pasadena. « Ce que nous avons découvert, c’est que les étoiles massives peuvent en fait mourir beaucoup plus tôt ».

Dong et ses collègues ont recherché dans les données prises par le Very Large Array (VLA) Sky Survey (VLASS) en 2017 et 2018, des objets radio-émetteurs brillants qui n’étaient pas présents dans les enquêtes précédentes. Ils ont trouvé un pic de rayonnement qui était beaucoup plus intense que les autres, une source désignée J121001+495647. Ils ont ensuite effectué des observations de suivi et ont recherché dans les données d’archives, pour finalement trouver une explosion de rayons gamma provenant du même endroit en 2014. Les détails ont été publiés dans la revue Science.

Les débris en mouvement rapide provenant de l’explosion de la supernova, déclenchée par une collision stellaire (ou avec un trou noir), s’écrasent sur le gaz projeté auparavant. Les chocs provoquent ainsi une émission radio intense, détectée par le VLA. © Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

La séquence des événements entièrement modélisée par les chercheurs

La combinaison de toutes ces informations a permis aux chercheurs de se faire une idée précise de l’histoire de cet objet. Leurs calculs indiquent qu’il s’agissait d’une étoile massive orbitant autour d’un objet plus compact, soit une étoile à neutrons, soit un trou noir, qui au fil du temps est « tombé » dans l’étoile et a pulvérisé du plasma dans une coquille de matière ultra-énergétique.

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Modélisation de la séquence des événements. Dans le sens des aiguilles d’une montre, en partant du haut à gauche : (1) Une étoile à neutrons ou un trou noir tourne autour d’une étoile compagnon (bleu clair), se rapprochant au fil des milliers d’années. (2) L’étoile à neutrons ou le trou noir pénètre dans l’atmosphère de son compagnon, projetant du gaz vers l’extérieur dans une spirale en expansion. (3) Lorsque l’objet externe atteint le cœur de son compagnon, la matière forme brièvement un disque qui propulse un jet ultrarapide vers l’extérieur, se frayant un chemin hors de l’étoile. La fusion nucléaire qui permettait au noyau de l’étoile de résister à sa propre gravité est interrompue, ce qui déclenche un effondrement et l’explosion de supernova. (4) La matière projetée par l’explosion de la supernova rattrape la matière projetée par l’interaction précédente, provoquant de fortes ondes de choc qui produisent les ondes radio, détectées par le VLA. © Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

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« Imaginez un objet très massif labourant l’eau – il va créer des vagues et l’eau va éclabousser vers l’extérieur », explique Dong. « La même chose se produit avec la matière à l’intérieur de l’étoile ».

Finalement, l’objet compact a perturbé le cœur de l’étoile, créant le puissant jet qui a été observé en 2014. À un rythme un peu plus lent, l’étoile entière a explosé, provoquant une onde de choc à travers la coquille de matière qui, à son tour, a créé les ondes radio qui ont conduit Dong et ses collègues à se pencher sur cette explosion.

Selon Gregg Hallinan, de Caltech, la clé de la découverte réside dans le projet VLASS, qui consiste à imager l’ensemble du ciel visible à la latitude du VLA — soit environ 80 % du ciel — trois fois en sept ans. L’un des objectifs de VLASS est de découvrir des objets transitoires, tels que des explosions de supernova, qui émettent fortement aux longueurs d’onde radio. Cette supernova, causée par une fusion stellaire, a toutefois été une surprise.

Source : Science

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