Cette mystérieuse nouvelle supernova intrigue fortement les astronomes

Un événement connu sous le nom de « vache » (cow, en anglais) intrigue fortement le monde de l’astronomie depuis le mois de juin et offre probablement un regard sur la naissance d’une étoile à neutrons, ou d’un trou noir.

Il s’avère que l’événement, surnommé vache, est une explosion stellaire spectaculaire qui intrigue et occupe les astronomes du monde entier depuis de nombreux mois. Selon les chercheurs, cet événement inhabituel a offert la possibilité d’observer l’effondrement d’une étoile : mais, contrairement à une montée en puissance relativement lente d’une supernova, l’événement en question devient extrêmement brillant la nuit, laissant les astronomes totalement perplexes.

« Elle est sortie de nulle part », explique Stephen Smartt, astronome à la Queen’s University de Belfast, au Royaume-Uni, qui a découvert l’explosion et l’a nommée selon un protocole alphabétique qui forme le mot cow, soit vache, en français.

Grâce à des observations indépendantes, deux groupes de chercheurs sont arrivés à la même conclusion : il y a un « moteur central », qui a agité durant des mois l’étoile et ils suggèrent que cette énergie provient soit d’un trou noir nouvellement formé soit de la rotation frénétique d’une étoile à neutrons. C’est « le rêve de ceux qui étudient les explosions stellaires », ajoute Raffaella Margutti, astrophysicienne à la Northwestern University d’Evanston, dans l’Illinois, qui a dirigé l’une des équipes en charge des deux derniers articles.

Il faut savoir que les trous noirs et les étoiles à neutrons naissent tous deux lorsque des étoiles massives atteignent la fin de leur vie. Selon Mansi Kasliwal, astronome à l’Institut de technologie de Californie (Caltech), des explosions telles que la « vache » pourraient fournir certaines des preuves les plus directes de ce type de naissance.

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L’histoire de la découverte de cet événement a débuté le 16 juin 2018, lorsqu’un chercheur a constaté une étoile très brillante à un endroit où rien ne s’était passé auparavant. Au début, Smartt a pensé à une fantastique éruption stellaire dans la Voie lactée. Puis, il a réalisé qu’il s’agissait d’un événement bien plus éloigné, situé dans galaxie appelée CGCG 137-068, connue pour se trouver à environ 60 mégaparsecs (200 millions d’années-lumière) de la Terre. « Il était onze heures un dimanche soir et je me suis dit : « Je ferais mieux de le dire à tout le monde » », se rappelle Smartt.

C’est ensuite que les chercheurs ont pu confirmer que l’objet était bel et bien très lointain, et donc, extrêmement brillant. L’événement était si brillant que, malgré sa distance extraordinaire, de nombreux astronomes amateurs ont également pu l’apercevoir. Et il ne s’agissait pas d’une supernova ordinaire : elle atteignait sa luminosité maximale en quelques jours et non en plusieurs semaines.

« Tout le monde observait l’événement », dit Daniel Perley, astrophysicien à l’Université John Moores de Liverpool, au Royaume-Uni. En effet, Perley et ses collaborateurs ont utilisé un télescope robotique à La Palma, l’une des îles Canaries en Espagne, pour observer Cow tous les soirs pendant un mois et demi. Ils ont également exploité un certain nombre d’autres télescopes à travers le monde pour observer l’événement « vache ».

Les preuves rassemblées par l’équipe — principalement dans le spectre optique — semblaient indiquer qu’un trou noir existant déchirait une étoile (observation que l’équipe de recherche a publiée en ligne le 3 août 2018). Cependant, pour avoir une image complète des événements énergétiques, les chercheurs ont examiné plus largement le spectre de l’énergie électromagnétique (des ondes radio aux rayons γ).

Quelques jours seulement après la découverte de Smartt, Anna Ho, un autre astronome de Caltech, s’est empressée d’observer l’événement à son tour. Lors d’une explosion stellaire, des particules chargées émettent des ondes radio lorsqu’elles spiralent à l’intérieur de champs magnétiques puissants, et leurs longueurs d’onde s’étendent à mesure que le matériau se répand.

Elle s’est rapidement rendu compte qu’elle avait une occasion rare d’observer des longueurs d’onde courtes — d’un millimètre ou moins — car le matériau se répand si rapidement et qu’il est donc peu probable que les astronomes capturent les événements suffisamment tôt pour pouvoir observer les émissions émises en ondes courtes.

Les premières observations faites en juin dernier par son groupe de recherche ont révélé des émissions dans la plage sous-millimétrique. Au cours des semaines qui ont suivi, Ho et ses collaborateurs ont suivi l’évolution du spectre des émissions millimétriques de l’événement grâce au réseau ALMA (Atacama Large Millimeter Array) dans les Andes chiliennes.

Leurs observations ont révélé que la matière se répandait aussi rapidement qu’un dixième de la vitesse de la lumière. Mais contrairement à une supernova ordinaire, ce rayonnement de courte longueur d’onde a duré des semaines, révélant la présence d’un véritable moteur central — un trou noir ou une étoile à neutrons en rotation. « Nous avons pu montrer que cela n’est compatible avec aucun des mécanismes habituels », affirme Ho.

Margutti et ses collègues ont quant à eux observé cet événement à l’aide du télescope à rayons X NuSTAR de la NASA, afin de l’observer rapidement. Les observations effectuées par NuSTAR et d’autres télescopes, ont amené l’équipe à conclure que l’événement était hautement inhabituel. Les spectres de rayons X en particulier, montraient que l’étoile était comme réchauffée de l’intérieur. Cela suggère également la possibilité qu’un trou noir ou une étoile à neutrons alimente l’événement.

Bien entendu, il est encore trop tôt pour arriver à une conclusion définitive, mais « nous avons assisté à la formation d’un objet compact en temps réel », explique Margutti. Cette dernière ajoute que les astrophysiciens n’arrivent généralement pas à voir ce type d’événements, le réchauffement est masqué par un nuage de matériau que l’explosion a éjecté à ses débuts. Margutti espère que les astronomes observeront un certain nombre de ces événements et commenceront ainsi à cerner les conditions qui conduisent à un résultat (création d’un trou noir) plutôt qu’à un autre (naissance d’une étoile à neutrons).

Sources : Arxiv.org (1, 2 & 3)