Quand une étoile explose, il s'effondre sur lui-même avant que les couches externes ne soient projetées dans l'espace. La compression du noyau le transforme en un objet extraordinairement dense, avec la masse du Soleil pressée dans un objet d'environ 10 miles de diamètre seulement. Ces objets ont été surnommés étoiles à neutrons, car ils sont constitués presque exclusivement de neutrons densément emballés. Ce sont des laboratoires de physique extrême qui ne peuvent pas être dupliqués ici sur Terre.

Étoiles à neutrons à rotation rapide et hautement magnétisées, appelés pulsars, produire un faisceau de rayonnement semblable à un phare que les astronomes détectent sous forme d'impulsions lorsque sa rotation balaie le faisceau dans le ciel. Il existe un sous-ensemble de pulsars qui produisent des vents à partir de leurs surfaces, parfois presque à la vitesse de la lumière, qui créent des structures complexes de particules chargées et de champs magnétiques connus sous le nom de « nébuleuses du vent pulsar ».

Avec Chandra et NuSTAR, l'équipe a trouvé des rayons X de relativement faible énergie provenant des débris de SN 1987A s'écrasant sur les matériaux environnants. L'équipe a également trouvé des preuves de particules à haute énergie en utilisant la capacité de NuSTAR à détecter des rayons X plus énergétiques.

Il y a deux explications probables à cette émission énergétique de rayons X :soit une nébuleuse du vent pulsar, ou des particules accélérées à des énergies élevées par l'onde de choc de l'explosion. Ce dernier effet ne nécessite pas la présence d'un pulsar et se produit sur des distances beaucoup plus grandes du centre de l'explosion.

La dernière étude sur les rayons X soutient le cas de la nébuleuse du vent du pulsar - ce qui signifie que l'étoile à neutrons doit être là - en argumentant sur plusieurs fronts contre le scénario d'accélération des ondes de choc. D'abord, la luminosité des rayons X à haute énergie est restée à peu près la même entre 2012 et 2014, tandis que l'émission radio détectée avec l'Australia Telescope Compact Array augmentait. Cela va à l'encontre des attentes pour le scénario de l'onde de choc. Prochain, les auteurs estiment qu'il faudrait près de 400 ans pour accélérer les électrons jusqu'aux énergies les plus élevées observées dans les données NuSTAR, qui est plus de 10 fois plus vieux que l'âge du reste.

"Les astronomes se sont demandé s'il ne s'était pas écoulé assez de temps pour qu'un pulsar se forme, ou même si SN 1987A créait un trou noir, " a déclaré le co-auteur Marco Miceli, également de l'Université de Palerme. "C'est un mystère permanent depuis quelques décennies, et nous sommes très enthousiastes à l'idée d'apporter de nouvelles informations avec ce résultat."

Les données Chandra et NuSTAR soutiennent également un résultat de 2020 d'ALMA qui a fourni des preuves possibles de la structure d'une nébuleuse de vent de pulsar dans la bande de longueur d'onde millimétrique. Bien que ce « blob » ait d'autres explications potentielles, son identification en tant que nébuleuse du vent du pulsar pourrait être corroborée par les nouvelles données radiographiques. C'est une preuve supplémentaire soutenant l'idée qu'il y a une étoile à neutrons laissée derrière.

S'il s'agit bien d'un pulsar au centre de SN 1987A, ce serait le plus jeune jamais trouvé.

« Pouvoir observer un pulsar essentiellement depuis sa naissance serait inédit, " a déclaré le co-auteur Salvatore Orlando de l'Observatoire astronomique de Palerme, un centre de recherche de l'Institut national d'astrophysique (INAF) en Italie. "Ce pourrait être une occasion unique d'étudier le développement d'un bébé pulsar."

Le centre de SN 1987A est entouré de gaz et de poussière. Les auteurs ont utilisé des simulations de pointe pour comprendre comment ce matériau absorberait les rayons X à différentes énergies, permettant une interprétation plus précise du spectre des rayons X, c'est-à-dire la quantité de rayons X à différentes énergies. Cela leur permet d'estimer ce qu'est le spectre des régions centrales de SN 1987A sans le matériau obscurcissant.

Comme c'est souvent le cas, davantage de données sont nécessaires pour renforcer le cas de la nébuleuse du vent du pulsar. Une augmentation des ondes radio accompagnée d'une augmentation des rayons X de relativement haute énergie dans les observations futures s'opposerait à cette idée. D'autre part, si les astronomes observent une diminution des rayons X de haute énergie, alors la présence d'une nébuleuse du vent pulsar sera corroborée.

Les débris stellaires entourant le pulsar jouent un rôle important en absorbant fortement son émission de rayons X à plus faible énergie, le rendant indétectable à l'heure actuelle. Le modèle prédit que ce matériau se dispersera au cours des prochaines années, ce qui réduira son pouvoir absorbant. Ainsi, l'émission du pulsar devrait émerger dans environ 10 ans, révélant l'existence de l'étoile à neutrons.

Un article décrivant ces résultats est publié cette semaine dans Le Journal d'Astrophysique , et une préimpression est disponible en ligne.