Un éclair bref et inhabituel repéré dans le ciel nocturne le 16 juin, 2018, astronomes et astrophysiciens du monde entier perplexes. L'événement, appelé AT2018cow et surnommé "la vache" d'après les dernières lettres fortuites de son nom officiel, ne ressemble à aucune explosion céleste jamais vue auparavant, suscitant plusieurs théories sur sa source.

Sur trois jours, la vache a produit une explosion soudaine de lumière au moins 10 fois plus brillante qu'une supernova typique, et puis il s'est estompé au cours des prochains mois. Cet événement inhabituel s'est produit à l'intérieur ou à proximité d'une galaxie en formation d'étoiles connue sous le nom de CGCG 137-068, situé à environ 200 millions d'années-lumière dans la constellation d'Hercule. La vache a été observée pour la première fois par le télescope Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System financé par la NASA à Hawaï.

Alors, qu'est-ce que la vache exactement ? En utilisant les données de plusieurs missions de la NASA, y compris l'observatoire Neil Gehrels Swift et le réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires (NuSTAR), deux groupes publient des articles qui fournissent des explications possibles sur les origines de la vache. Un article soutient que la vache est un trou noir monstre déchiquetant une étoile qui passe. Le deuxième article émet l'hypothèse qu'il s'agit d'une supernova – une explosion stellaire – qui a donné naissance à un trou noir ou à une étoile à neutrons.

Les chercheurs des deux équipes ont partagé leurs interprétations lors d'une table ronde jeudi, 10 janvier lors de la 233e réunion de l'American Astronomical Society à Seattle.

Un trou noir déchiquetant une étoile compacte ?

Une explication potentielle de la vache est qu'une étoile a été déchirée dans ce que les astronomes appellent un "événement de perturbation de marée". Tout comme la gravité de la Lune fait gonfler les océans de la Terre, créer des marées, un trou noir a un effet similaire mais plus puissant sur une étoile qui approche, finalement le briser en un flux de gaz. La queue du flux de gaz est projetée hors du système, mais le bord d'attaque revient autour du trou noir, entre en collision avec lui-même et crée un nuage elliptique de matière. Selon une équipe de recherche utilisant des données allant du rayonnement infrarouge aux rayons gamma de Swift et d'autres observatoires, cette transformation explique le mieux le comportement de la vache.

"Nous n'avons jamais rien vu d'exactement comme la vache, ce qui est très excitant, " a déclaré Amy Lien, chercheur adjoint à l'Université du Maryland, Le comté de Baltimore et le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. "Nous pensons qu'une perturbation de la marée a créé le rapide, éclat de lumière vraiment inhabituel au début de l'événement et explique le mieux les observations multi-longueurs d'onde de Swift alors qu'elles s'estompaient au cours des prochains mois."

Lien et ses collègues pensent que l'étoile déchiquetée était une naine blanche, une chaude, reste stellaire à peu près de la taille de la Terre marquant l'état final d'étoiles comme notre Soleil. Ils ont également calculé que la masse du trou noir varie de 100, 000 à 1 million de fois celui du Soleil, presque aussi grand que le trou noir central de sa galaxie hôte. Il est inhabituel de voir des trous noirs de cette échelle en dehors du centre d'une galaxie, mais il est possible que la vache se soit produite dans une galaxie satellite voisine ou dans un amas d'étoiles globulaires dont les populations stellaires plus anciennes pourraient avoir une proportion plus élevée de naines blanches que les galaxies moyennes.

Un article décrivant les résultats, co-écrit par Lien, paraîtra dans une prochaine édition de la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

"La vache a produit un gros nuage de débris en très peu de temps, " a déclaré l'auteur principal Paul Kuin, astrophysicien à l'University College London (UCL). "Déchiqueter une plus grosse étoile pour produire un nuage comme celui-ci prendrait un plus gros trou noir, entraîner une augmentation de la luminosité plus lente et prendre plus de temps pour que les débris soient consommés."

Ou une nouvelle vue d'une supernova ?

Une autre équipe de scientifiques a pu recueillir des données sur la vache sur une gamme encore plus large de longueurs d'onde, allant des ondes radio aux rayons gamma. Sur la base de ces observations, l'équipe suggère qu'une supernova pourrait être la source de la vache. Quand une étoile massive meurt, il explose en supernova et laisse derrière lui soit un trou noir, soit un objet incroyablement dense appelé étoile à neutrons. La vache pourrait représenter la naissance d'un de ces vestiges stellaires.

"Nous avons vu des caractéristiques dans la vache que nous n'avions jamais vues auparavant dans un transitoire, ou changeant rapidement, objet, " dit Raffaella Margutti, un astrophysicien à la Northwestern University à Evanston, Illinois, et auteur principal d'une étude sur la vache qui sera publiée dans The Journal d'astrophysique . "Notre équipe a utilisé des données de rayons X à haute énergie pour montrer que la vache a des caractéristiques similaires à un corps compact comme un trou noir ou un matériau consommant une étoile à neutrons. Mais sur la base de ce que nous avons vu dans d'autres longueurs d'onde, nous pensons qu'il s'agissait d'un cas particulier et que nous avons pu observer - pour la première fois - la création d'un corps compact en temps réel."

L'équipe de Margutti a analysé les données de plusieurs observatoires, y compris NuSTAR de la NASA, les satellites XMM-Newton et INTEGRAL de l'ESA (Agence Spatiale Européenne), et le Very Large Array de la National Science Foundation. L'équipe propose que le flash optique et ultraviolet lumineux de la vache a signalé une supernova et que les émissions de rayons X qui ont suivi peu de temps après l'explosion sont dues à l'énergie rayonnante du gaz lorsqu'il est tombé sur un objet compact.

Typiquement, le nuage de débris en expansion d'une supernova bloque toute lumière provenant de l'objet compact au centre de l'explosion. En raison des émissions de rayons X, Margutti et ses collègues suggèrent que l'étoile d'origine dans ce scénario peut avoir été relativement faible en masse, produisant un nuage de débris comparativement plus mince à travers lequel les rayons X de la source centrale pourraient s'échapper.

"Si nous assistons à la naissance d'un objet compact en temps réel, cela pourrait être le début d'un nouveau chapitre dans notre compréhension de l'évolution stellaire, " a déclaré Brian Grefenstette, un scientifique des instruments NuSTAR à Caltech et co-auteur de l'article de Margutti. "Nous avons regardé cet objet avec de nombreux observatoires différents, et bien sûr plus vous ouvrez de fenêtres sur un objet, plus vous pouvez en apprendre davantage à ce sujet. Mais, comme on le voit avec la vache, cela ne signifie pas nécessairement que la solution sera simple."