Découverte du plus grand rémanent de supernova jamais observé

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| (eROSITA/MPE (X-ray)/CHIPASS/SPASS

Lorsqu’une étoile massive arrive en fin de vie après avoir épuisé tout son combustible, elle explose en supernova. Ces phénomènes, parmi les plus chaotiques et violents du cosmos, ne passent pas inaperçus. En plus de dégager une énergie et une luminosité colossales, les supernovas laissent parfois derrière elles un nuage gazeux, ultime vestige de leur disparition. Et l’un de ces nuages, également appelé rémanent de supernova, a récemment été découvert par une équipe d’astrophysiciens. Sa particularité ? Il s’agit du plus grand rémanent de supernova jamais détecté !

Des astronomes viennent tout juste de découvrir un rémanent de supernova absolument colossal, un nuage de poussière et de gaz en expansion laissé par une explosion stellaire, occupant une zone du ciel près de 100 fois celle de la pleine Lune (de notre point de vue), à ​​une distance de 4000 années-lumière de la Terre.

Une équipe d’astronomes dirigée par Werner Becker de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre en Allemagne a nommé le rémanent Hoinga, d’après le nom médiéval de la ville natale de Becker. L’objet n’est visible que dans les rayons X, et uniquement pour l’un des télescopes à rayons X les plus puissants que nous ayons construits à ce jour, eROSITA, un observatoire spatial lancé en 2019.

« Le télescope eROSITA, qui se trouve à bord du satellite russo-allemand SRG, est 25 fois plus sensible que son prédécesseur ROSAT, nous nous attendions donc à découvrir de nouveaux restes de supernovas dans les années à venir, mais nous avons été agréablement surpris d’en voir un aussi vite. Hoinga est le plus grand vestige de supernova jamais découvert par rayons X en matière de taille apparente : environ 90 fois plus grande que la pleine Lune », explique l’astronome Natasha Hurley-Walker, du Centre international de recherche en radioastronomie en Australie.

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Explosion stellaire et rémanent

Les supernovas ont deux déclencheurs principaux. L’un est la mort d’une étoile massive. Lorsqu’elles manquent de matière pour entretenir la fusion dans leurs noyaux, la baisse de pression thermique vers l’extérieur qui en résulte signifie que la pression n’est plus suffisante pour empêcher l’étoile de s’effondrer sous la pression intérieure de la gravité, et le tout explose, transformant le noyau en une étoile à neutrons ou un trou noir (ou en la faisant complètement disparaître).

image remanent supernova hoinga rayons x
Image (retouchée pour ajouter des couleurs relatives aux énergies impliquées) du rémanent de supernova Hoinga, observé par eROSITA. © W. Becker et al. 2021

L’autre catégorie est la supernova de type Ia, dans laquelle une étoile naine blanche — le noyau effondré d’une étoile progénitrice de faible masse — accrète tellement de matière d’un compagnon binaire qu’elle devient instable et arrive au même stade. Dans les deux scénarios, une coque en expansion du matériau extérieur de l’étoile est projetée dans l’espace, créant des fronts de choc où elle percute le milieu interstellaire. C’est le rémanent de supernova.

Plus d’un millier de rémanents de supernova dans la Voie lactée

La plupart des étoiles de la Voie lactée sont de faible masse — environ 90% de toutes les étoiles sont des naines de la séquence principale qui ne finiront pas dans une supernova, et 9% sont des naines blanches mortes. Ainsi, bien qu’il y ait environ 100 milliards d’étoiles dans la Voie lactée, les explosions de supernovas sont rares ; les astronomes estiment qu’une supernova se produirait tous les 30 à 50 ans, laissant derrière elle un nuage brillant et énergique persistant environ 100 000 ans.

À ce rythme, il devrait y avoir environ 1200 rémanents de supernova actuellement détectables dans la Voie lactée ; mais nous n’en connaissons que 300 environ. Ce qui signifie que soit nos calculs sont erronés, soit nous n’avons tout simplement pas été en mesure de les détecter, pour une raison quelconque. C’est là qu’eROSITA entre en jeu. La plupart des objets astronomiques émettent des radiations X, invisibles à l’œil nu. eROSITA, conçu pour effectuer une étude sur l’ensemble du ciel, est beaucoup plus sensible que son prédécesseur et a révélé des objets que nous n’avions jamais vus auparavant.

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Une localisation inhabituelle pour un rémanent

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Des rémanents de supernova auparavant inconnus devraient être détectés par eROSITA, mais même ainsi, Hoinga a été une surprise, non seulement parce qu’il a été trouvé rapidement, mais aussi en raison de l’endroit où il a été découvert — loin du plan galactique, où la plupart des étoiles de la Voie lactée (et donc des restes de supernova) résident. L’équipe a revérifié ses découvertes par rapport aux données de radioastronomie et a trouvé de faibles indices de la présence de Hoinga, datant d’une décennie. Il est même apparu faiblement dans les données ROSAT prises il y a 30 ans.

localisation remanent supernova hoinga
L’image montre, parmi de nombreuses autres sources, l’émission de rayons X étendue de la grande boucle Antlia de 24◦ de diamètre dans le quadrant supérieur gauche et l’émission du rémanent de supernova Vela en bas à droite. L’émission de Hoinga dans le quadrant supérieur droit de l’image est indiquée. © W. Becker et al. 2021

« En examinant les données radio d’archives, nous avons découvert que Hoinga était là, attendant d’être découvert dans des observations datant de dix ans, mais parce qu’il était au-dessus du plan de la Voie lactée, il a été manqué. On ne s’attend généralement pas à ce que les restes de supernova soient trouvés aux hautes latitudes galactiques, donc ces zones ne sont généralement pas au centre des enquêtes, ce qui signifie qu’il peut y avoir encore plus de ces vestiges négligés en attente d’être découverts », indique Hurley-Walker.

L’équipe a calculé, sur la base de ces données radio, que le rémanent a entre 21 000 et 150 000 ans (mais se situe probablement à l’extrémité la plus jeune de cette plage), et qu’il est relativement proche de la Terre, entre 1470 et 3915 années-lumière. Les chercheurs n’ont pas non plus pu trouver le reste de l’étoile progénitrice, suggérant que l’explosion était de type Ia. Ceci est également cohérent avec l’emplacement, car les étoiles massives ont tendance à se concentrer dans le plan galactique.

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Sources : Astronomy & Astrophysics

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