Une image de l'explosion de la supernova AT2018cow et de sa galaxie hôte, CGCG 137-068, qui est situé à quelque 200 millions d'années-lumière. L'image a été obtenue le 17 août 2018 à l'aide du DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) sur l'observatoire W. M. Keck à Hawaï. La supernova a été repérée pour la première fois le 16 juin 2018 avec le télescope ATLAS, aussi à Hawaï. D'autres observations effectuées avec une grande équipe de télescopes - y compris les télescopes spatiaux à haute énergie de l'ESA Integral et XMM-Newton - ont révélé une source de puissants rayons X au centre de cette explosion stellaire d'une luminosité sans précédent et à évolution rapide, suggérant qu'il pourrait s'agir d'un trou noir naissant ou d'une étoile à neutrons avec un puissant champ magnétique, aspirer la matière environnante. Crédit :R. Margutti/W. Observatoire M. Keck
Les télescopes spatiaux à haute énergie de l'ESA, Integral et XMM-Newton, ont aidé à trouver une source de rayons X puissants au centre d'une explosion stellaire d'une luminosité sans précédent et à évolution rapide qui est soudainement apparue dans le ciel plus tôt cette année.
Le télescope ATLAS à Hawaï a d'abord repéré le phénomène, depuis lors nommé AT2018vache, le 16 juin. Peu après, les astronomes du monde entier pointaient de nombreux télescopes spatiaux et terrestres vers le nouvel objet céleste, situé dans une galaxie à quelque 200 millions d'années-lumière.
Ils ont vite compris que c'était quelque chose de complètement nouveau. En seulement deux jours, l'objet a dépassé la luminosité de n'importe quelle supernova observée précédemment - une puissante explosion d'une étoile massive vieillissante qui expulse la majeure partie de sa matière dans l'espace environnant, balayant la poussière et les gaz interstellaires dans son voisinage.
Un nouveau papier, accepté pour publication dans le Journal d'astrophysique , présente les observations des 100 premiers jours d'existence de l'objet, couvrant tout le spectre électromagnétique de l'explosion, des ondes radio aux rayons gamma.
L'analyse, qui comprend les observations de l'Integral et du XMM-Newton de l'ESA, ainsi que les télescopes spatiaux NuSTAR et Swift de la NASA, a trouvé une source de rayons X à haute énergie au fond de l'explosion.
Le comportement de cette source, ou moteur, comme le révèlent les données, suggère que l'étrange phénomène pourrait être soit un trou noir naissant, soit une étoile à neutrons avec un puissant champ magnétique, aspirer la matière environnante.
"L'interprétation la plus excitante est que nous aurions pu voir pour la première fois la naissance d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons, " dit Raffaella Margutti de la Northwestern University, ETATS-UNIS, auteur principal de l'article.
Une image de l'explosion de la supernova AT2018cow et de sa galaxie hôte, CGCG 137-068, qui est situé à quelque 200 millions d'années-lumière. L'image a été obtenue le 17 août 2018 à l'aide du DEep Imaging and Multi-Object Spectrograph (DEIMOS) sur l'observatoire W. M. Keck à Hawaï. L'encart en haut à gauche montre un zoom sur la galaxie, indiquant l'emplacement de la supernova. La supernova a été repérée pour la première fois le 16 juin 2018 avec le télescope ATLAS, aussi à Hawaï. D'autres observations effectuées avec une grande équipe de télescopes - y compris les télescopes spatiaux à haute énergie de l'ESA Integral et XMM-Newton - ont révélé une source de puissants rayons X au centre de cette explosion stellaire d'une luminosité sans précédent et à évolution rapide, suggérant qu'il pourrait s'agir d'un trou noir naissant ou d'une étoile à neutrons avec un puissant champ magnétique, aspirer la matière environnante. Crédit :R. Margutti/W. Observatoire M. Keck
"Nous savons que les trous noirs et les étoiles à neutrons se forment lorsque les étoiles s'effondrent et explosent en supernova, mais jamais auparavant nous n'en avons vu un juste au moment de la naissance, " ajoute le co-auteur Indrek Vurm de l'Observatoire de Tartu, Estonie, qui a travaillé sur la modélisation des observations.
L'explosion AT2018cow n'était pas seulement 10 à 100 fois plus lumineuse que toute autre supernova précédemment observée :elle a également atteint son pic de luminosité beaucoup plus rapidement que tout autre événement connu auparavant - en quelques jours seulement par rapport aux deux semaines habituelles.
Integral a fait ses premières observations du phénomène environ cinq jours après son signalement et l'a surveillé pendant 17 jours. Ses données se sont avérées cruciales pour la compréhension de l'objet étrange.
"Integral couvre une gamme de longueurs d'onde qui n'est couverte par aucun autre satellite, " dit Erik Kuulkers, Scientifique de projet intégral à l'ESA. "Nous avons un certain chevauchement avec NuSTAR dans la partie des rayons X à haute énergie du spectre, mais nous pouvons voir des énergies plus élevées, trop."
Ainsi, alors que les données de NuSTAR ont révélé le spectre des rayons X durs en détail, avec Integral les astronomes ont pu voir entièrement le spectre de la source, y compris sa limite supérieure aux énergies douces des rayons gamma.
"Nous avons vu une sorte de bosse avec une coupure nette dans le spectre à l'extrémité haute énergie, " dit Volodymyr Savchenko, astronome à l'Université de Genève, La Suisse, qui a travaillé sur les données intégrales. "Cette bosse est une composante supplémentaire du rayonnement libéré par cette explosion, brillant à travers un opaque, ou optiquement épais, moyen."
"Ce rayonnement de haute énergie provenait très probablement d'une zone de plasma très chaud et dense entourant la source, " ajoute Carlo Ferrigno, également de l'Université de Genève.
L'évolution de l'explosion de la supernova AT2018cow telle qu'observée aux rayons X mous avec les observatoires spatiaux Swift (cercles rouges) de la NASA et XMM-Newton (triangles rouges) de l'ESA, et aux rayons X durs avec les satellites NuSTAR (cercles oranges) de la NASA et INTEGRAL (cercles jaunes) de l'ESA. La supernova a été repérée pour la première fois le 16 juin 2018 avec le télescope ATLAS à Hawaï. Les données présentées dans cette animation ont été collectées entre le 22 juin et le 22 juillet. Ces observations ont révélé une source de puissants rayons X au centre de cette explosion stellaire d'une luminosité sans précédent et à évolution rapide, suggérant qu'il pourrait s'agir d'un trou noir naissant ou d'une étoile à neutrons avec un puissant champ magnétique, aspirer la matière environnante. Crédit :R. Margutti et al (2019)
Parce qu'Integral a continué à surveiller l'explosion de la vache AT2018 sur une plus longue période, ses données ont également pu montrer que le signal des rayons X à haute énergie s'estompait progressivement.
Raffaella explique que ce rayonnement de rayons X à haute énergie qui s'en est allé était ce qu'on appelle le rayonnement retraité - le rayonnement de la source interagissant avec le matériau éjecté par l'explosion. Au fur et à mesure que le matériau s'éloigne du centre de l'explosion, le signal diminue progressivement et finit par disparaître complètement.
Dans ce signal, cependant, les astronomes ont pu trouver des motifs typiques d'un objet qui attire la matière de son environnement - un trou noir ou une étoile à neutrons.
"C'est la chose la plus inhabituelle que nous ayons observée dans AT2018cow et c'est certainement quelque chose de sans précédent dans le monde des événements astronomiques transitoires explosifs, " dit Raphaëlle.
Pendant ce temps, XMM-Newton a examiné cette explosion inhabituelle à deux reprises au cours des 100 premiers jours de son existence. Il a détecté la partie à plus basse énergie de son émission de rayons X, lequel, selon les astronomes, provient directement du moteur au cœur de l'explosion. Contrairement aux rayons X de haute énergie provenant du plasma environnant, les rayons X de basse énergie de la source sont toujours visibles.
Les astronomes prévoient d'utiliser XMM-Newton pour effectuer une observation de suivi à l'avenir, ce qui leur permettra de comprendre plus en détail le comportement de la source sur une plus longue période de temps.
"Nous continuons d'analyser les données XMM-Newton pour essayer de comprendre la nature de la source, " dit la co-auteur Giulia Migliori de l'Université de Bologne, Italie, qui a travaillé sur les données radiographiques. "L'accumulation de trous noirs laisse des empreintes caractéristiques dans les rayons X, que nous pourrions être en mesure de détecter dans nos données."
"Cet événement était complètement inattendu et cela montre qu'il y a beaucoup de choses que nous ne comprenons pas complètement, " dit Norbert Schartel, Scientifique du projet XMM-Newton de l'ESA. "Un satellite, un seul instrument, ne serait jamais capable de comprendre un objet aussi complexe. Les informations détaillées que nous avons pu recueillir sur le fonctionnement interne de la mystérieuse explosion AT2018cow n'ont été réalisables que grâce à la large coopération et à la combinaison de nombreux télescopes. »
