Découverte d’un nouveau type d’explosion stellaire

En 2018, les astrophysiciens détectent un phénomène extrêmement lumineux appelé AT2018cow ou The Cow (la Vache). À l’époque, les chercheurs pensent que cette explosion est le résultat d’une supernova apparue très proche de la Voie lactée, compte tenu de sa luminosité. Mais deux autres observations ultérieures de phénomènes similaires les obligent à corriger leur hypothèse. En réalité, il s’agit d’un nouveau type d’explosion stellaire, baptisé « phénomène optique bleu transitoire », ou FBOT (pour Fast Blue Optical Transients).

Ces explosions d’énergie sont extrêmement puissantes et rapides, projetant de grandes quantités de matière dans l’espace à des vitesses élevées. Les astronomes ont nommé cette nouvelle classe Fast Blue Optical Transients, ou FBOTs. L’événement de 2018, surnommé « The Cow » (AT2018cow), a finalement été retracé dans une galaxie située à 200 millions d’années-lumière, ce qui était une surprise compte tenu de sa luminosité exceptionnelle.

Depuis lors, il a été dépassé par deux explosions encore plus importantes du même genre, portant le total des FBOTs connus à trois. Les deux nouveaux ont été trouvés dans des données d’archives provenant d’observations optiques, et ont été suivis d’autres observations. Ce sont ZTF18abvkwla, ou « le Koala », qui a été trouvé dans les données des observations de 2018 dans une galaxie située à 3.4 milliards d’années-lumière ; et CRTS-CSS161010 J045834-081803, ou CSS161010, identifié en 2016 dans les données d’une galaxie située à 500 millions d’années-lumière.

Des explosions éjectant des quantités inhabituelles de matériau stellaire

Pour mettre en perspective l’intensité de ces explosions, The Cow était au moins 10 fois plus puissante qu’une supernova régulière. Le Koala et le CSS161010 étaient encore plus puissants, mais des similitudes évidentes existent entre les trois événements. Initialement, lors de l’analyse des données, les astrophysiciens pensaient s’être trompés. « Le Koala ressemblait à The Cow mais l’émission radio était dix fois plus lumineuse, aussi brillante qu’un sursaut gamma », explique Anna Ho, du Caltech.

CSS161010 était encore plus spectaculaire. Les observations de suivi radio et aux longueurs d’onde des rayons X ont révélé que l’objet éjectait de grandes quantités de matériau stellaire dans l’espace à 55% de la vitesse de la lumière. « Nous connaissons des explosions stellaires énergétiques qui peuvent éjecter du matériau à presque la vitesse de la lumière, en particulier des sursauts gamma, mais elles n’éjectent qu’une petite quantité de masse – environ 1 millionième de la masse du Soleil. CSS161010 a lancé 1 à 10% de la masse du Soleil à des vitesses relativistes, preuve qu’il s’agit d’une nouvelle classe de transitoires ».

Les trois explosions partagent des similitudes. Elles ressemblent beaucoup à des explosions de supernova, mais apparaissent et disparaissent rapidement ; beaucoup plus rapidement que les supernovas normales. Elles sont également extrêmement chaudes, ce qui donne à la lumière une teinte plus bleue, par rapport aux autres supernovas.

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Trou noir actif ou supernova à effondrement de cœur ?

En janvier 2019, les astronomes ont réduit The Cow à deux scénarios possibles : un trou noir dévorant une naine blanche ; ou un type inhabituel de supernova à effondrement de cœur conduisant à la formation d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir. Aucun de ces deux scénarios ne peut être exclu à ce stade, mais les astronomes pensent que ce que nous examinons ici est une sorte de supernova très rare.

Dans les supernovas à effondrement de cœur typiques, l’explosion jette une coquille sphérique de matière stellaire. Parfois, ces supernovas produisent également un disque d’accrétion de matériau autour du noyau effondré qui propulse des jets relativistes à partir des pôles ; ce sont des sursauts gamma. Les FBOTs, selon le modèle des astronomes, auraient également un tel disque et des jets, mais entourés d’un nuage de matière très dense qui n’est pas présent dans les supernovas normales. Ce nuage aurait pu être créé par un compagnon binaire dépouillant l’étoile progénitrice de la supernova de son matériau.

Quelle que soit la forme du nuage, c’est la raison de l’extrême luminosité que les chercheurs ont détectée. Lorsque l’onde de choc de la supernova entre en collision avec le nuage, elle produit un flash extrêmement rapide, chaud et lumineux, sur plusieurs longueurs d’onde. La prochaine étape de la recherche consistera à examiner plus de données pour potentiellement identifier plus de ces objets, qui auparavant pouvaient avoir été négligés. Cela pourrait aider les astronomes à réduire encore plus le scénario qui produit ces explosions.

Sources : The Astrophysical Journal, The Astrophysical Journal Letters