Aperçue pour la première fois de la naissance d’un système binaire d’étoile à neutrons

La mort violente d’une lointaine étoile, capturée par des observatoires du monde entier, marque probablement la première naissance jamais détectée d’un système binaire compact d’étoiles à neutrons… deux étoiles extrêmement denses se tournant autour.

Une équipe dirigée par l’astronome Kishalay du California Institute of Technology (Caltech), aux États-Unis, rapporte l’avènement et le déclin rapide d’une étoile explosant (supernova), désignée iPTF 14gqr, située dans les environs d’une galaxie spirale à 920 millions d’années-lumière de la Terre.

Image d’entête : 3 images présentant l’explosion soudaine et l’étouffement tout aussi soudain de la supernova iPTF14gqr. (NASA/ JPL-Caltech/ R. Hurt)

L’événement iPTF 14gqr est inhabituel pour plusieurs raisons, conduisant De et ses collègues à conclure qu’il représente l’acte final dans la création d’une ultra-stripped supernova ( “supernova à enveloppe ultra dénudée” de Type II, Ib et Ic), la première fois qu’un tel phénomène, théorisé il y a quelques années, ait été confirmé par des observations.

L’éclair soudain qui a marqué le début de l’explosion titanesque de l’étoile a été détecté pour la première fois par l’Observatoire Palomar en Californie. Comme la rotation de la Terre a retiré iPTF 14gqr de son point de vue, des demandes ont été envoyées à d’autres installations à travers le monde pour maintenir cette observation. Il aura fallu être rapide, car d’une part les supernovae sont, de par nature, de courtes durées, et celle-ci n’a duré que l’espace d’un clin d’œil.

Une explosion de supernova se produit lorsque le noyau d’une étoile massive, à court de carburant, s’effondre sur elle-même. Elle rebondit ensuite dans une explosion colossale qui la dépouille et arrache toutes ses couches externes, ne laissant qu’une étoile à neutrons petite, mais incroyablement dense.

Dans des circonstances normales, la quantité de matière éjectée dans l’explosion équivaut à plusieurs fois la masse du soleil. Cependant, lorsque l’iPTF 14 gqr a explosé, elle a propulsé de la matière ne comprenant qu’un cinquième d’une masse solaire, une quantité comparativement minime qui a intrigué les chercheurs.

Selon le coauteur de l’étude, Mansi Kasliwal :

Nous avons vu le noyau de cette étoile massive s’effondrer, mais remarquablement nous avons vu peu de masse éjectée.

Nous appelons cela une supernova à enveloppe ultra dénudée et il a été depuis longtemps prédit qu’elles existent. C’est la première fois que nous voyons s’effondrer le noyau d’une étoile massive qui est si dépourvue de matière.

Cette observation a soulevé d’importantes questions. Il est admis que les étoiles qui s’effondrent ne peuvent pas exploser à moins d’avoir une masse au moins 8 fois supérieure à celle du soleil. La quantité éjectée, cependant, était beaucoup, beaucoup moins élevée. Il restait ainsi à déterminer où était passé le reste de la matière.

Les chercheurs ont conclu qu’elle a dû être propulsée ailleurs. En bref, ils ont réalisé que iPTF 14gqr devait avoir été soumis à l’attraction gravitationnelle d’un autre objet invisible, peut-être une naine blanche, une étoile à neutrons ou un trou noir. De et ses collègues ont longuement conclu que l’acteur caché dans ce drame était bien une étoile à neutrons et que cette dernière, et celle qui venait d’être formée, sont enfermées dans un tango cosmique collé-serré.

C’est une danse qui est destinée, un jour, à se terminer. Éventuellement, les deux étoiles seront attirées par leurs champs gravitationnels et se rapprocheront de plus en plus jusqu’à ce qu’elles entrent en collision, produisant des ondes gravitationnelles dans ce processus.

GIF présentant une séquence d’une simulation de la fusion de deux étoiles à neutrons, les ondes gravitationnelles et le sursaut de rayons gamma en résultant, (NASA)

L’étude publiée dans Science : A hot and fast ultra-stripped supernova that likely formed a compact neutron star binary et présentée sur le site du Caltech : Dying Star Emits a Whisper.