Des étoiles mortes qui refusent de s'éteindre : Chandra révèle une galaxie pleine de rémanents de supernova scintillants

Pendant des décennies, les manuels d'astronomie ont enseigné que les vestiges d'étoiles explosées, les rémanents de supernova, refroidissaient lentement et de manière prévisible sur des milliers d'années. Mais une nouvelle analyse, fruit d'un travail de fourmi sur 14 années de données d'archives de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, révèle une réalité bien plus chaotique. Dans la galaxie spirale voisine Messier 83 (M83), toute une population de ces rémanents refuse de s'éteindre paisiblement, scintillant au contraire de manière spectaculaire en lumière X sur des échelles de temps de quelques années seulement.

Un feu d'artifice abyssal dans la galaxie M83

Pour établir une base de référence sur l'évolution de ces objets, les astronomes ont pointé Chandra en direction de M83. Cette magnifique galaxie spirale vue de face, située à environ 15 millions d'années-lumière de la Terre, a été observée à plusieurs reprises entre 2000 et 2014 . L'équipe a suivi 22 sources de rayons X précédemment identifiées comme des rémanents de supernova et a fait une découverte surprenante : environ la moitié d'entre elles présentaient des changements significatifs et inattendus de leur luminosité en rayons X .

« Nous savons que des sources de rayons X individuelles peuvent changer radicalement, mais découvrir qu'un si grand nombre de rémanents de supernova le font nous a vraiment stupéfaits », a déclaré Andrea Prestwich, astronome à l'Université Catholique d'Amérique et co-auteure de l'étude publiée dans The Astrophysical Journal .

C'est cette proportion élevée – environ 11 sur 22 – qui rend la découverte si perturbante. Il ne s'agit pas d'un seul objet excentrique qui déroge à la règle, mais d'un comportement répandu qui oblige à réexaminer le modèle évolutif standard de ces vestiges stellaires .

Pourquoi ces étoiles « mortes » émettent-elles encore des éclats ?

L'équipe a identifié deux mécanismes principaux, qui pourraient d'ailleurs opérer simultanément, pour expliquer ce scintillement erratique en rayons X .

1. L'étoile compagne survivante

L'explication privilégiée est que beaucoup de ces rémanents abritent un survivant. La plupart des étoiles massives existent au sein de systèmes binaires. Lorsque l'étoile la plus massive explose en supernova, elle peut laisser derrière elle un trou noir ou une étoile à neutrons. Si l'étoile compagne survit au cataclysme, elle peut se retrouver piégée sur une orbite étroite autour du nouvel objet compact. La gravité intense du trou noir ou de l'étoile à neutrons se met alors à arracher de la matière à la surface du compagnon. Ce processus, nommé accrétion, chauffe le gaz qui tombe à des millions de degrés, produisant des émissions de rayons X puissantes et variables qui dépendent entièrement du taux d'accrétion .

2. Un recyclage cosmique : l'accrétion de retombée

Un autre scénario inverse la perspective. Plutôt que de voler du gaz à un compagnon, l'objet compact central pourrait être en train de « recycler » ses propres débris. L'astronome Roy Kilgard, co-auteur de l'étude, a décrit cette possibilité comme des débris de l'explosion qui retomberaient sur l'objet même créé par la supernova . Cette « accrétion de retombée » pourrait également produire l'augmentation puis la diminution de luminosité observées, à mesure que la matière recapturée par le trou noir ou l'étoile à neutrons est chauffée à des températures émettant des rayons X.

Un rémanent au sein de l'échantillon, SN 1957D, a une explication plus simple. Observée pour la première fois il y a près de 70 ans, l'augmentation de sa luminosité en rayons X est probablement causée par ses éjectas à grande vitesse qui percutent le milieu interstellaire environnant, convertissant l'énergie cinétique en chaleur .

Ce phénomène de variabilité à long terme des rémanents n'est peut-être pas unique à M83. Les premières observations de suivi de la galaxie du Tourbillon (M51) ont révélé une population similaire de rémanents variables, ce qui suggère que ce comportement pourrait être une caractéristique commune, et jusqu'alors négligée, des galaxies à fort taux de formation stellaire .

Un nouveau pétard proche du trou noir de la Voie lactée

Dans le cadre d'une enquête distincte, une autre équipe d'astronomes a pointé à la fois Chandra et le satellite XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne (ESA) vers le centre turbulent de notre propre galaxie. Leur cible était Sagittarius C (Sgr C), une région dense de formation d'étoiles située à seulement 26 000 années-lumière de la Terre – ce qui, à l'échelle cosmologique, en fait la porte à côté du trou noir supermassif Sagittarius A* .

Au sein de Sgr C, ils ont identifié une « bulle » distincte d'émission de rayons X, nichée à l'intérieur d'une plus grande bulle d'hydrogène ionisé qui entoure une jeune étoile massive . Si elle est confirmée comme un rémanent de supernova, il s'agirait de l'un des objets de ce type les plus proches jamais trouvés du trou noir central de la Voie lactée . Les données indiquent que la matière stellaire éjectée est en expansion à une vitesse d'environ 3,2 millions de kilomètres par heure et que l'explosion originelle s'est produite il y a seulement 1 700 ans environ .

La découverte a été rendue possible en combinant la vision en rayons X à haute résolution de Chandra et de XMM-Newton avec des données radio complémentaires du réseau de télescopes MeerKAT en Afrique du Sud et des données optiques du relevé Pan-STARRS . Cette trouvaille offre une occasion rare d'étudier le cycle de vie des étoiles dans l'environnement le plus extrême de notre galaxie.