Les astronomes ont découvert pour la première fois un type spécial d'étoile à neutrons en dehors de la Voie lactée, en utilisant les données de l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA et du très grand télescope (VLT) de l'observatoire européen austral au Chili.

Les étoiles à neutrons sont les noyaux ultra denses d'étoiles massives qui s'effondrent et subissent une explosion de supernova. Cette étoile à neutrons nouvellement identifiée est une variété rare qui a à la fois un faible champ magnétique et aucun compagnon stellaire.

L'étoile à neutrons est située dans les restes d'une supernova - connue sous le nom de 1E 0102.2-7219 (E0102 en abrégé) - dans le Petit Nuage de Magellan, situé à 200, 000 années-lumière de la Terre.

Cette nouvelle image composite de E0102 permet aux astronomes d'apprendre de nouveaux détails sur cet objet découvert il y a plus de trois décennies. Dans cette image, Les rayons X de Chandra sont bleus et violets, et les données de lumière visible de l'instrument MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) du VLT sont en rouge vif. Les données supplémentaires du télescope spatial Hubble sont en rouge foncé et vert.

Les restes de supernova riches en oxygène comme E0102 sont importants pour comprendre comment les étoiles massives fusionnent des éléments plus légers en éléments plus lourds avant d'exploser. Vu jusqu'à quelques milliers d'années après l'explosion originale, les restes riches en oxygène contiennent les débris éjectés de l'intérieur de l'étoile morte. Ces débris (visibles sous la forme d'une structure filamenteuse verte sur l'image combinée) sont observés aujourd'hui en train de dévaler l'espace après avoir été expulsés à des millions de kilomètres à l'heure.

Les observations de Chandra de E0102 montrent que le reste de la supernova est dominé par une grande structure en forme d'anneau dans les rayons X, associée à l'onde de choc de la supernova. Les nouvelles données MUSE ont révélé un anneau de gaz plus petit (en rouge vif) qui s'étend plus lentement que l'onde de choc. Au centre de cet anneau se trouve une source ponctuelle bleue de rayons X. Ensemble, le petit anneau et la source ponctuelle agissent comme un œil de bœuf céleste.

Les données combinées de Chandra et MUSE suggèrent que cette source est une étoile à neutrons isolée, créé dans l'explosion de la supernova il y a environ deux millénaires. La signature énergétique des rayons X, ou "spectre, " de cette source est très similaire à celle des étoiles à neutrons situées au centre de deux autres célèbres restes de supernova riches en oxygène :Cassiopée A (Cas A) et Puppis A. Ces deux étoiles à neutrons n'ont pas non plus d'étoiles compagnes.

L'absence de preuves d'émission radio prolongée ou de rayonnement X pulsé, généralement associé à des étoiles à neutrons hautement magnétisées en rotation rapide, indique que les astronomes ont détecté le rayonnement X de la surface chaude d'une étoile à neutrons isolée avec de faibles champs magnétiques. Une dizaine de ces objets ont été détectés dans la galaxie de la Voie lactée, mais c'est le premier détecté en dehors de notre galaxie.

Mais comment cette étoile à neutrons s'est-elle retrouvée dans sa position actuelle, apparemment décalé du centre de la coquille circulaire d'émission de rayons X produite par l'onde de choc de la supernova ? Une possibilité est que l'explosion de la supernova se soit produite près du milieu du reste, mais l'étoile à neutrons a été expulsée du site dans une explosion asymétrique, à une vitesse élevée d'environ deux millions de milles à l'heure. Cependant, dans ce scénario, il est difficile d'expliquer pourquoi l'étoile à neutrons est, aujourd'hui, si soigneusement encerclé par l'anneau de gaz récemment découvert vu aux longueurs d'onde optiques.

Une autre explication possible est que l'étoile à neutrons se déplace lentement et que sa position actuelle correspond à peu près à l'endroit où l'explosion de la supernova s'est produite. Dans ce cas, le matériau de l'anneau optique peut avoir été éjecté soit lors de l'explosion de la supernova, ou par l'étoile progénitrice condamnée jusqu'à quelques milliers d'années auparavant.

Un défi pour ce deuxième scénario est que le site de l'explosion serait situé bien loin du centre du reste tel que déterminé par l'émission de rayons X étendue. Cela impliquerait un ensemble de circonstances particulières pour les environs de E0102 :par exemple, une cavité creusée par les vents de l'étoile progénitrice avant l'explosion de la supernova, et les variations de la densité du gaz interstellaire et de la poussière entourant le reste.

Observations futures de E0102 aux rayons X, optique, et les longueurs d'onde radio devraient aider les astronomes à résoudre ce nouveau puzzle passionnant posé par l'étoile à neutrons solitaire.

Un article décrivant ces résultats a été publié dans le numéro d'avril de Astronomie de la nature , et est disponible en ligne.