La mort des étoiles massives forme les trous noirs et les étoiles à neutrons

Il existe donc bien un lien direct entre la mort explosive d'étoiles massives et la formation des objets les plus compacts de l'Univers que sont les trous noirs et les étoiles à neutrons. Cela a été pour la première fois démontré grâce à une observation directe: deux équipes ont étudié les conséquences de l'explosion d'une supernova dans une galaxie voisine et on pu trouver des informations essentielles sur l'objet compact énigmatique qu'elle a laissé derrière elle. Leurs papiers ont été publié dans Nature et The Astrophysical Journal Letters.

A la fin de leur vie, lorsqu'elles ont brûlé tout leur carburant, les étoiles massives s'effondrent sur elles-mêmes sous l'effet de leur propre gravité et créent une singularité gravitationnelle; survient alors une explosion extrêmement violente nommée supernova (lire encadré). Un phénomène cataclysmique très rare: la dernière dans notre galaxie, la Voie lactée, date d'il y a quatre siècles.

Et que reste-t-il après pareille déflagration? Les astronomes pensent que l'étoile ne laisse derrière elle qu'un vestige compact, son noyau ultra-dense: suivant la masse de l'astre, cela sera une étoile à neutrons ou un trou noir. Une étoile à neutrons est si dense qu'une cuillère à café de sa matière pèserait sur notre Terre environ mille milliards de kilogrammes! Quant au trou noir, avec sa densité infinie, même la lumière ne peut s'en échapper.

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>> La supernova SN 2022jli, découverte en mai 2022, avant et après son explosion :

Un système à deux étoiles

Il n'est pas rare que des étoiles massives soient en orbite avec une étoile compagnon dans ce qui s'appelle un système binaire; l'étoile à l'origine de la supernova SN 2022jli ne fait pas exception à la règle. Ce qui est remarquable ici, c'est que l'étoile compagnon semble avoir survécu à la mort violente de son partenaire et que les deux objets, le vestige compact et l'étoile compagnon, ont probablement continué à tourner en orbite l'un autour de l'autre.

>> Le ballet d'une étoile compagnon et de l'objet dense résultant de la supernova :

Les astronomes ont observé qu'à la suite de l'explosion de cette supernova, l'astre compagnon a vu son atmosphère gonfler, enrichie par l'hydrogène gazeux laissé derrière la déflagration. Comme le ballet cosmique entre les deux entités continuait, les scientifiques ont constaté que l'objet compact volait régulièrement de la matière dans l'atmosphère de la supernova, formant ainsi un disque chaud avec ce matériau autour de lui. Cette accrétion produit beaucoup d'énergie.

Cela occasionne des fluctuations périodiques de l'hydrogène ainsi qu'une variation de la luminosité: "C'est la première fois que des oscillations périodiques répétées, sur de nombreux cycles, sont détectées dans la courbe de lumière d'une supernova", note Thomas Moore, doctorant à l'université Queen's de Belfast, en Irlande du Nord, dans l'étude qu'il a dirigée, cité dans un communiqué de l'Observatoire Européen Austral (ESO). Des bouffées de rayons gamma ont aussi été notées en provenance du système binaire.

Cette observation en temps réelle du phénomène "établit un lien direct", comme le souligne Ping Chen chercheur à l'Institut Weizmann des sciences en Israël, et auteur principal de l'une des études, avec ce vestige compact qui était jusqu'à présent resté insaisissable.

La présence d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons étant confirmée, les scientifiques ont encore beaucoup à découvrir sur ce système énigmatique, notamment la nature exacte de l'objet compact ou la fin qui pourrait attendre ce système binaire. Selon l'ESO, les télescopes de nouvelle génération, tels que l'Extremely Large Telescope, dont la mise en service est prévue pour la fin de la décennie, y contribueront en permettant aux astronomes de révéler des détails sans précédent sur ce système unique et bien d'autres.

Stéphanie Jaquet