Il y a dix-sept ans, les astronomes ont vu une supernova exploser à 40 millions d'années-lumière dans la galaxie appelée NGC 7424, situé dans la constellation australe Grus, la grue. Maintenant, dans la rémanence qui s'estompe de cette explosion, Hubble de la NASA a capturé la première image d'un compagnon survivant d'une supernova. Cette image est la preuve la plus convaincante que certaines supernovas proviennent de systèmes à double étoile.

"Nous savons que la majorité des étoiles massives sont en paires binaires, " a déclaré Stuart Ryder de l'Observatoire astronomique australien (AAO) à Sydney, Australie et auteur principal de l'étude. "Beaucoup de ces paires binaires interagiront et transféreront du gaz d'une étoile à l'autre lorsque leurs orbites les rapprocheront."

Le compagnon de l'étoile progénitrice de la supernova n'était pas un spectateur innocent de l'explosion. Il a siphonné presque tout l'hydrogène de l'enveloppe stellaire de l'étoile condamnée, la région qui transporte l'énergie du noyau de l'étoile à son atmosphère. Des millions d'années avant que l'étoile primaire ne devienne une supernova, le vol du compagnon a créé une instabilité dans l'étoile primaire, l'amenant à souffler épisodiquement un cocon et des coquilles d'hydrogène gazeux avant la catastrophe.

La supernova, appelé SN 2001ig, est classée comme une supernova à enveloppe dénudée de type IIb. Ce type de supernova est inhabituel car la plupart, mais pas tout, de l'hydrogène est parti avant l'explosion. Ce type d'étoile explosive a été identifié pour la première fois en 1987 par le membre de l'équipe Alex Filippenko de l'Université de Californie, Berkeley.

La façon dont les supernovas à enveloppe dénudée perdent cette enveloppe extérieure n'est pas tout à fait claire. On pensait à l'origine qu'elles provenaient d'étoiles isolées avec des vents très rapides qui repoussaient les enveloppes extérieures. Le problème était que lorsque les astronomes ont commencé à chercher les étoiles primaires à partir desquelles les supernovas ont été engendrées, ils ne pouvaient pas les trouver pour de nombreuses supernovas à enveloppe dénudée.

"C'était particulièrement bizarre, parce que les astronomes s'attendaient à ce qu'elles soient les étoiles progénitrices les plus massives et les plus brillantes, " a expliqué le membre de l'équipe Ori Fox du Space Telescope Science Institute à Baltimore. " De plus, le nombre de supernovas à enveloppe dénudée est plus grand que prévu. et ils se sont mis à le prouver.

Chercher un compagnon binaire après une explosion de supernova n'est pas une tâche facile. D'abord, il doit être à une distance relativement proche de la Terre pour que Hubble puisse voir une étoile aussi faible. SN 2001ig et son compagnon sont à peu près à cette limite. Dans cette plage de distance, peu de supernovas se déclenchent. Plus important encore, les astronomes doivent connaître la position exacte grâce à des mesures très précises.

En 2002, peu de temps après l'explosion de SN 2001ig, les scientifiques ont localisé l'emplacement précis de la supernova avec le Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral à Cerro Paranal, Chili. En 2004, ils ont ensuite poursuivi avec l'Observatoire Gemini Sud à Cerro Pachón, Chili. Cette observation a d'abord laissé entendre la présence d'un compagnon binaire survivant.

Connaissant les coordonnées exactes, Ryder et son équipe ont pu concentrer Hubble sur cet endroit 12 ans plus tard, alors que la lueur de la supernova s'estompait. Avec la résolution exquise et la capacité ultraviolette de Hubble, ils ont pu trouver et photographier le compagnon survivant - quelque chose que seul Hubble pouvait faire.

Avant l'explosion de la supernova, l'orbite des deux étoiles l'une autour de l'autre a duré environ un an.

Quand l'étoile primaire a explosé, il a eu beaucoup moins d'impact sur le compagnon survivant qu'on pourrait le penser. Imaginez un noyau d'avocat, représentant le noyau dense de l'étoile compagne, noyé dans un dessert à la gélatine, représentant l'enveloppe gazeuse de l'étoile. Au passage d'une onde de choc, la gélatine peut temporairement s'étirer et vaciller, mais le noyau d'avocat resterait intact.

En 2014, Fox et son équipe ont utilisé Hubble pour détecter le compagnon d'une autre supernova de type IIb, SN 1993J. Cependant, ils ont capturé un spectre, pas une image. Le cas de SN 2001ig est la première fois qu'un compagnon survivant a été photographié. "Nous avons enfin pu attraper le voleur stellaire, confirmant nos soupçons qu'il fallait être là, " a déclaré Filippenko.

Peut-être que jusqu'à la moitié de toutes les supernovas à enveloppe dénudée ont des compagnons, l'autre moitié perd son enveloppe extérieure à cause des vents stellaires. Ryder et son équipe ont pour objectif ultime de déterminer avec précision combien de supernovas à enveloppes dénudées ont des compagnons.

Leur prochain effort est d'examiner des supernovas à enveloppe complètement dénudée, contrairement aux SN 2001ig et SN 1993J, qui n'ont été dépouillés qu'à 90 pour cent environ. Ces supernovas à enveloppe complètement dénudée n'ont pas beaucoup d'interaction de choc avec le gaz dans l'environnement stellaire environnant, puisque leurs enveloppes extérieures ont été perdues bien avant l'explosion. Sans interaction de choc, ils s'estompent beaucoup plus vite. Cela signifie que l'équipe n'aura qu'à attendre deux ou trois ans pour chercher des compagnons survivants.

À l'avenir, ils espèrent également utiliser le télescope spatial James Webb pour poursuivre leurs recherches.

L'article sur les travaux en cours de cette équipe a été publié le 28 mars 2018, dans le Journal d'astrophysique .