Des débris se déplaçant rapidement d'une explosion de supernova déclenchée par une collision stellaire s'écrasent sur des matériaux jetés plus tôt, et les chocs provoquent une émission radio lumineuse vue par le VLA. Crédit :Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
Les astronomes ont trouvé des preuves dramatiques qu'un trou noir ou une étoile à neutrons s'est frayé un chemin dans le noyau d'une étoile compagne et a fait exploser cette compagne en tant que supernova. Les astronomes ont été avertis par les données du Very Large Array Sky Survey (VLASS), un projet pluriannuel utilisant le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation.
"Les théoriciens avaient prédit que cela pourrait arriver, mais c'est la première fois que nous voyons un tel événement, " dit Dillon Dong, un étudiant diplômé de Caltech et auteur principal d'un article relatant la découverte dans la revue Science .
Le premier indice est venu lorsque les scientifiques ont examiné les images de VLASS, qui a commencé les observations en 2017, et a trouvé un objet émettant brillamment des ondes radio mais qui n'était pas apparu dans un précédent relevé du ciel VLA, appelé Images faibles du ciel radio à vingt centimètres (FIRST). Ils ont fait des observations ultérieures de l'objet, désigné VT 1210+4956, utilisant le VLA et le télescope Keck à Hawaï. Ils ont déterminé que l'émission radio lumineuse provenait de la périphérie d'un nain, galaxie en formation d'étoiles à quelque 480 millions d'années-lumière de la Terre. Ils ont découvert plus tard qu'un instrument à bord de la Station spatiale internationale avait détecté une rafale de rayons X provenant de l'objet en 2014.
Les données de toutes ces observations ont permis aux astronomes de reconstituer l'histoire fascinante d'une danse de la mort longue de plusieurs siècles entre deux étoiles massives. Comme la plupart des étoiles beaucoup plus massives que notre Soleil, ces deux sont nés comme une paire binaire, en orbite étroite l'une autour de l'autre. L'un d'eux était plus massif que l'autre et évoluait par sa normale, durée de vie de la fusion nucléaire plus rapide et a explosé comme une supernova, laissant derrière lui soit un trou noir, soit une étoile à neutrons superdense.
L'orbite du trou noir ou de l'étoile à neutrons s'est progressivement rapprochée de son compagnon, et il y a environ 300 ans, il est entré dans l'atmosphère du compagnon, commencer la danse de la mort. À ce point, l'interaction a commencé à projeter du gaz loin du compagnon dans l'espace. Le gaz éjecté, en spirale vers l'extérieur, formé une expansion, anneau en forme de beignet, appelé tore, autour de la paire.
Finalement, le trou noir ou l'étoile à neutrons s'est frayé un chemin vers le noyau de l'étoile compagnon, perturbant la fusion nucléaire produisant l'énergie qui empêchait le noyau de s'effondrer par sa propre gravité. Alors que le noyau s'effondrait, il a brièvement formé un disque de matière en orbite étroite autour de l'intrus et a propulsé un jet de matière vers l'extérieur du disque à des vitesses approchant celle de la lumière, se frayer un chemin à travers l'étoile.
Un objet compact (un trou noir ou une étoile à neutrons) au cœur de son énorme compagnon stellaire. L'accrétion rapide sur l'objet compact l'a amené à former un disque d'accrétion et à lancer une paire de jets à presque la vitesse de la lumière. Ces jets ont traversé l'étoile, qui est sur le point d'exploser dans une supernova en raison de l'énorme quantité d'énergie libérée. Dans les prochaines années, la matière stellaire éclatée va se frayer un chemin à travers un tore dense de matière stellaire éjecté par l'objet compact au cours de ses siècles précédents d'inspiration vers le noyau, créant une rémanence radio lumineuse. Crédit :Chuck Carter
"Ce jet est ce qui a produit les rayons X vus par l'instrument MAXI à bord de la Station spatiale internationale, et cela confirme la date de cet événement en 2014, " dit Dong.
L'effondrement du noyau de l'étoile l'a fait exploser en supernova, suite à l'explosion précédente de son frère.
"L'étoile compagne allait finir par exploser, mais cette fusion a accéléré le processus, " dit Dong.
Le matériau éjecté par l'explosion de la supernova de 2014 s'est déplacé beaucoup plus rapidement que le matériau éjecté plus tôt de l'étoile compagnon, et au moment où VLASS a observé l'objet, l'explosion de la supernova est entrée en collision avec ce matériau, provoquant des chocs puissants qui ont produit l'émission radio lumineuse vue par le VLA.
"Toutes les pièces de ce puzzle s'assemblent pour raconter cette histoire incroyable, " a déclaré Gregg Hallinan de Caltech. " Le reste d'une étoile qui a explosé il y a longtemps a plongé dans son compagnon, la cause, trop, exploser, " il ajouta.
La clé de la découverte, Hallinan a dit, était VLASS, qui image l'ensemble du ciel visible à la latitude du VLA - environ 80 pour cent du ciel - trois fois sur sept ans. L'un des objectifs de faire VLASS de cette façon est de découvrir des objets transitoires, comme les explosions de supernova, qui émettent brillamment aux longueurs d'onde radio. Cette supernova, causée par une fusion stellaire, cependant, était une surprise.
"De toutes les choses que nous pensions découvrir avec VLASS, ce n'était pas l'un d'entre eux, " a déclaré Hallinan.
