Une étoile qui aurait normalement dû se terminer en supernova a surpris les astronomes en s’éteignant avec un pétillement plutôt qu’une explosion, les amenant à penser qu’ils venaient d’assister à la naissance plutôt calme d’un trou noir.
Si les chercheurs ont compris depuis longtemps comment les trous noirs peuvent se former à partir de l’effondrement d’étoiles massives, on sait peu de choses sur le processus ou même sur la manière d’identifier les étoiles qui sont susceptibles de finir leurs jours comme un point sombre et super dense dans l’espace et le temps.
La supergéante rouge située à 22 millions d’années-lumière de la Terre, connue sous le nom de N6946-BH1, a attiré l’attention lors d’une étude menée en 2009 sur les supernovas ratées à l’aide du grand télescope binoculaire de l’Arizona.
L’étoile s’est mise à briller pendant plusieurs mois avant de disparaître visiblement six ans plus tard, bien loin du spectacle lumineux attendu, appelé supernova.
Il existe deux types de supernova :
- Le type I suit les événements où la gravité d’une étoile attire la matière d’une voisine jusqu’à ce que l’étoile s’effondre sur elle-même dans un élan.
- Le type II décrit la mort d’une étoile dont la masse est environ 8 à 15 fois supérieure à celle de notre Soleil, qui s’effondre une fois qu’elle a épuisé son combustible et ne peut plus produire assez de chaleur pour surmonter sa propre compression gravitationnelle.
Dans les deux cas, l’écrasement de la matière est suffisant pour produire une explosion spectaculaire de radiations lorsque les gaz qui s’effondrent se détachent d’un noyau dense.
Mais il semble que toutes les morts d’étoiles ne soient pas à la hauteur de nos attentes. Avec toutes les grosses étoiles qui existent, nous semblons être à court de supernovae.
N6946-BH1 avait une masse 25 fois supérieure à celle de notre propre Soleil, ce qui la plaçait bien au-delà de la limite considérée comme suffisamment grande pour subir une supernova de type II, et dans une zone où les astronomes s’attendraient à ce qu’un trou noir se forme à partir de ses restes.
Une équipe de chercheurs américains de l’Université d’État de l’Ohio a donc examiné de plus près les restes de la supergéante à l’aide du télescope spatial Hubble, et a comparé les résultats de l’enquête avec d’autres observations effectuées dans le monde entier.
Ils ont ensuite comparé les résultats de l’étude avec ceux d’autres observations réalisées dans le monde entier. Ils ont constaté que l’étoile s’était illuminée entre mars et mai 2009, avant de disparaître de la vue optique, mais qu’elle continuait à briller dans une lumière infrarouge qui diminuait lentement.
Avant de sauter aux conclusions, l’équipe a écarté la possibilité que la poussière ait pu cacher la supernova potentielle.
“L’essentiel est qu’aucun modèle utilisant la poussière pour cacher l’étoile ne fonctionne vraiment, il semblerait donc que ce qui est là maintenant doit être beaucoup moins lumineux que l’étoile préexistante”, a déclaré l’année dernière le chercheur principal Christopher Kochanek de l’Ohio State.
Il semble donc que l’étoile se soit vraiment éteinte et qu’aucune supernova ne se soit produite. La question qui restait était de savoir ce qu’elle était devenue Aurait-elle quand même pu produire un trou noir ?
“Dans le contexte du modèle de supernova raté, la lumière résiduelle est cohérente avec la décroissance tardive de l’émission de matière en accrétion sur le trou noir nouvellement formé”, a déclaré Kochanek.
En termes plus simples, pour qu’un trou noir se forme malgré l’échec de la supernova, il faudrait qu’un autre processus soit en cours.
Imaginez la supergéante rouge comme de l’hydrogène en expansion jusqu’à une taille équivalente à celle de l’orbite de Jupiter, avec un noyau dense d’éléments de la taille de la Terre qui retient à peine cette atmosphère chaude.
Lorsque le noyau s’effondre dans ce cas, il perd une fraction de sa masse sous la forme de minuscules particules appelées neutrinos, et produit une onde de choc qui repousse son nuage d’hydrogène.
Comparé à une supernova, ce qui reste derrière est plutôt discret. Le nuage environnant se dilate et se refroidit, de sorte que les électrons qui avaient été arrachés à l’hydrogène rejoignent les atomes, libérant lentement de l’énergie pour contribuer à la formation du trou noir.
C’est ce qui semble être arrivé à N6946-BH1.
“Le point de vue typique est qu’une étoile ne peut former un trou noir qu’après être devenue supernova”, expliquait récemment Kochanek.
“Si une étoile peut tomber avant une supernova et quand même former un trou noir, cela aiderait à expliquer pourquoi nous ne voyons pas de supernovae des étoiles les plus massives.”
On ne sait pas exactement combien d’étoiles massives s’éteignent au lieu d’exploser, mais Scott Adams, un étudiant de l’État de l’Ohio qui a obtenu son doctorat sur l’étude, a suggéré que ce nombre pourrait être aussi élevé que près d’un tiers.
“N6946-BH1 est la seule supernova probablement ratée que nous ayons trouvée au cours des sept premières années de notre étude. Au cours de cette période, six supernovae normales se sont produites dans les galaxies que nous avons surveillées, ce qui suggère que 10 à 30 % des étoiles massives meurent sous forme de supernovae ratées”, a déclaré Adams.
Ce qui est un échec pour une supernova est une victoire pour les astronomes ; avec l’émergence de nouvelles technologies qui nous permettent d’étudier les phénomènes cosmologiques massifs sous la forme de détecteurs d’ondes gravitationnelles, chaque nouvelle découverte nous aidera à nous rapprocher du fond de certains des trous les plus sombres de notre Univers.
Pour plus de détails sur cette étoile disparue, regardez le clip ci-dessous.
Cette recherche a été publiée dans Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.