En 1887, L'astronome américain Lewis Swift a découvert un nuage rougeoyant, ou nébuleuse, qui s'est avéré être une petite galaxie à environ 2,2 millions d'années-lumière de la Terre. Aujourd'hui, elle est connue sous le nom de galaxie "starburst" IC 10, se référant à l'activité intense de formation d'étoiles qui s'y produit.

Plus de cent ans après la découverte de Swift, les astronomes étudient IC 10 avec les télescopes les plus puissants du 21e siècle. De nouvelles observations avec l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA révèlent de nombreuses paires d'étoiles qui pourraient un jour devenir la source du phénomène cosmique peut-être le plus excitant observé ces dernières années :les ondes gravitationnelles.

En analysant les observations de Chandra d'IC ​​10 sur une décennie, les astronomes ont découvert plus d'une douzaine de trous noirs et d'étoiles à neutrons se nourrissant de gaz de jeunes, compagnons stellaires massifs. De tels systèmes d'étoiles doubles sont connus sous le nom de "binaires à rayons X" car ils émettent de grandes quantités de rayons X. Alors qu'une étoile massive orbite autour de son compagnon compact, soit un trou noir ou une étoile à neutrons, la matière peut être retirée de l'étoile géante pour former un disque de matière autour de l'objet compact. Les forces de friction chauffent le matériau en chute à des millions de degrés, produire une source lumineuse de rayons X.

Lorsque l'étoile de compagnie massive est à court de carburant, il subira un effondrement catastrophique qui produira une explosion de supernova, et laisser un trou noir ou une étoile à neutrons. Le résultat final est deux objets compacts :soit une paire de trous noirs, une paire d'étoiles à neutrons, ou un trou noir et une étoile à neutrons. Si la séparation entre les objets compacts devient suffisamment petite avec le temps, ils produiront des ondes gravitationnelles. Heures supplémentaires, la taille de leur orbite diminuera jusqu'à ce qu'ils fusionnent. LIGO a trouvé trois exemples de paires de trous noirs fusionnant de cette manière au cours des deux dernières années.

Les galaxies en étoile comme IC 10 sont d'excellents endroits pour rechercher des binaires de rayons X car elles produisent rapidement des étoiles. Beaucoup de ces étoiles nouvellement nées seront des paires d'étoiles jeunes et massives. La plus massive de la paire évoluera plus rapidement et laissera derrière elle un trou noir ou une étoile à neutrons associée à l'étoile massive restante. Si la séparation des étoiles est assez petite, un système binaire à rayons X sera produit.

Cette nouvelle image composite d'IC ​​10 combine les données radiographiques de Chandra (bleu) avec une image optique (rouge, vert, bleu) prise par l'astronome amateur Bill Snyder de l'observatoire Heavens Mirror dans la Sierra Nevada, Californie. Les sources de rayons X détectées par Chandra apparaissent sous la forme d'un bleu plus foncé que les étoiles détectées en lumière optique.

Les jeunes étoiles d'IC ​​10 semblent avoir juste le bon âge pour donner un maximum d'interaction entre les étoiles massives et leurs compagnons compacts, produisant le plus de sources de rayons X. Si les systèmes étaient plus jeunes, alors les étoiles massives n'auraient pas eu le temps de devenir supernova et de produire une étoile à neutrons ou un trou noir, ou l'orbite de l'étoile massive et de l'objet compact n'aurait pas eu le temps de se rétrécir suffisamment pour que le transfert de masse commence. Si le système stellaire était beaucoup plus ancien, alors les deux objets compacts se seraient probablement déjà formés. Dans ce cas, le transfert de matière entre les objets compacts est peu probable, empêchant la formation d'un disque émetteur de rayons X.

Chandra a détecté 110 sources de rayons X dans IC 10. Parmi celles-ci, plus de quarante sont également visibles à la lumière optique et 16 d'entre elles contiennent des "supergéantes bleues", qui sont le type de jeunes, massif, étoiles chaudes décrites plus haut. La plupart des autres sources sont des binaires à rayons X contenant des étoiles moins massives. Plusieurs des objets montrent une forte variabilité dans leur sortie de rayons X, indiquant des interactions violentes entre les étoiles compactes et leurs compagnons.

Deux articles décrivant ces résultats ont été publiés le 10 février Numéro 2017 de The Astrophysical Journal et est disponible en ligne ici et ici. Les auteurs de l'étude sont Silas Laycock du Centre UMass Lowell pour les sciences et technologies spatiales (UML); Rigel Capallo, un étudiant diplômé à l'UML; Dimitris Christodoulou de l'UML; Benjamin Williams de l'Université de Washington à Seattle; Breanna Binder de la California State Polytechnic University à Pomona; et, Andrea Prestwich du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics à Cambridge, Masse.