Le feu d’artifice d’une rare étoile mourante ne ressemble à rien de ce que les astronomes ont vu.

Lorsque les étoiles mourantes explosent en supernovae, elles éjectent généralement un réseau chaotique de poussière et de gaz. Mais une nouvelle image des restes d’une supernova semble complètement différente – comme si son étoile centrale avait déclenché un feu d’artifice cosmique. 

C’est le vestige le plus inhabituel que les chercheurs aient jamais trouvé et pourrait indiquer un type rare de supernova que les astronomes ont longtemps lutté pour expliquer.

« J’ai travaillé sur les restes de supernova pendant 30 ans, et je n’ai jamais rien vu de tel », déclare Robert Fesen, astronome au Dartmouth College à Hanover, New Hampshire, qui a photographié le reste à la fin de l’année dernière. 

Il a rendu compte de ses découvertes lors d’une réunion de l’American Astronomical Society le 12 janvier et les a publiées dans un article pas encore évalué par des pairs le même jour .

Un feu d’artifice vieux de 850 ans

En 2013, l’astronome amateur Dana Patchick a découvert l’objet dans des images archivées de Wide-field Infrared Survey Explorer de la NASA. Au cours de la décennie suivante, plusieurs équipes ont étudié le vestige, connu sous le nom de Pa 30, mais les résultats sont devenus de plus en plus déconcertants.

Vasilii Gvaramadze, astronome à l’Université d’État Lomonossov de Moscou en Russie, et ses collègues ont trouvé une étoile extrêmement inhabituelle en 2019 au point mort de Pa 30 . 

Cette étoile avait une température de surface d’environ 200 000 kelvins, avec un vent stellaire se déplaçant vers l’extérieur à 16 000 kilomètres par seconde, soit environ 5 % de la vitesse de la lumière.

 « Les étoiles n’ont tout simplement pas des vents de 16 000 kilomètres par seconde », déclare Fesen. « Des vitesses de 4 000 kilomètres par seconde ne sont pas inconnues, dit-il, mais 16 000, c’est fou ».

Pa 30 a de nouveau fait l’objet d’intrigues en 2021, quand Andreas Ritter, astronome à l’Université de Hong Kong, et ses collègues ont proposé que le vestige soit le résultat d’une supernova qui a illuminé le ciel il y a près de 850 ans, en 1181. Les astronomes chinois et japonais ont observé l’objet pendant environ six mois avant qu’il ne disparaisse.

Au cours de leur examen de Pa 30, Ritter et ses collègues ont noté que le spectre d’émission du résidu contenait une raie particulière associée à l’élément soufre. Intrigué, le groupe de Fesen a ensuite photographié le reste avec un filtre optique sensible à cette ligne à l’aide du télescope Hiltner de 2,4 mètres de l’observatoire Michigan-Dartmouth-MIT à Kitt Peak, en Arizona.

Les données qu’ils ont recueillies ont non seulement permis de confirmer que Pa 30 est bien ce qui reste de la supernova observée en 1181, mais ont également donné une image du reste pas comme les autres. 

Il contient des centaines de filaments fins rayonnant vers l’extérieur. Normalement, les chercheurs s’attendent à ce que les restes de supernova ressemblent à la nébuleuse du crabe – qui ressemble moins à un crabe qu’à une anémone de mer, avec une région lisse au centre d’une masse ovale de filaments ressemblant à des tentacules.

 Ils ressemblent aussi généralement au Tycho Supernova, qui ressemble à une sphère de nœuds confus.

Mais Pa 30 donne comparativement « juste une image incroyable », déclare Saurabh Jha, astronome à l’Université Rutgers à Piscataway, New Jersey. « Je n’ai jamais rien vu de tel auparavant. C’est vraiment hallucinant.

Tromper la mort

Qu’est-ce qui a pu causer un tel reste ? En 2021, Ritter et ses collègues ont émis l’hypothèse qu’il s’agissait d’une explosion de supernova rare classée comme type Iax ³ .

Une supernova normale de type Ia se produit lorsqu’une naine blanche siphonne la matière d’une étoile compagne, devenant finalement si massive qu’elle ne peut plus supporter le poids supplémentaire et se brise en miettes – dispersant ses entrailles à travers la galaxie. Mais dans une supernova de type Iax, l’étoile survit d’une manière ou d’une autre.

Bien que les théoriciens aient développé de nombreux mécanismes possibles pour expliquer les supernovae de type Iax, Ritter et ses collègues pensent que deux naines blanches se sont heurtées pour produire les feux d’artifice de Pa 30. 

Cela ressort clairement de la quantité de soufre dans le reste, qui est un sous-produit d’une explosion de naines blanches, et du manque d’éléments plus légers que vous verriez des étoiles plus massives.

Anthony Piro, astronome aux observatoires Carnegie de Pasadena, en Californie, pense que ces découvertes cristallisent au moins une voie par laquelle un type Iax peut se former.

 Mais il est différent du scénario précédemment privilégié, dans lequel une naine blanche siphonne le matériel d’un compagnon. Cette idée a été développée en 2014, lorsque des astronomes ont identifié avec succès les étoiles impliquées dans une explosion d’Iax en parcourant des images archivées avant que l’événement ne se produise  .

« Ainsi, la découverte de Pa 30 élargit définitivement, dans mon esprit, ce qui aurait pu conduire à une supernova de type Iax », dit Jha.

Ces explosions rares ont tendance à se produire dans des galaxies lointaines, ce qui les rend difficiles à étudier. Mais Pa 30 (s’il est vraiment de type Iax) n’est qu’à 2,3 kiloparsecs, ce qui signifie que les observations futures éclaireront davantage ce type inhabituel de supernova.

Fesen a déjà demandé du temps d’observation sur le télescope spatial Hubble et le nouveau télescope spatial James Webb (JWST).

 « Je pense que l’image optique qui a été prise ne donne qu’un aperçu de ce à quoi elle ressemble vraiment », déclare Fesen. « Mais l’image JWST sera tout simplement incroyable. »

doi : https://doi.org/10.1038/d41586-023-00202-1