Pour la toute première fois, les astronomes ont assisté directement à la naissance d’un objet extrêmement dense situé loin de notre galaxie: l’apparition d’un trou noir ou d’une étoile effondrée en temps réel. Jusqu’à présent, nous n’avons vu ces objets que de nombreuses années après leur formation. Mais à présent, nous pouvons étudier cette création à ses débuts, nous donnant une idée nouvelle de ce à quoi ressemblent ces phénomènes mystérieux lorsqu’ils ont vu le jour.
La découverte, surnommée «The Cow», a été une surprise lors d’une visite de routine du ciel nocturne. L’année dernière, un groupe d’astronomes utilisant les télescopes jumeaux de l’observatoire Keck à Hawaï recherchaient des phénomènes transitoires – des explosions astronomiques qui apparaissent soudainement avec un éclair dans le ciel, puis s’effacent. Le 17 juin, une est apparue et, en deux jours à peine, elle avait déjà atteint son apogée. Le résultat était un événement stellaire 10 à 100 fois plus lumineux qu’une explosion d’étoiles ou une supernova moyenne.
Au début, les astronomes étaient perplexes. En général, ils ne voient jamais les supernovas aussi brillantes. Mais après un examen plus approfondi, ils réalisèrent qu’ils avaient quelque chose de spécial sur leurs mains. Les radiations émises au cœur de cette explosion brillaient à travers tout le matériel éjecté lors de l’explosion, révélant ainsi un phénomène incroyablement dense que nous sommes généralement incapables de voir.
Les explosions d’étoiles créent normalement de gigantesques bulles de matériaux autour d’eux, bloquant tout ce qui se trouve à l’intérieur de notre vue. Mais cette fois, les astronomes pourraient recevoir un signal du fond de l’explosion. «Normalement, dans une supernova, l’objet compact formé est masqué. C’est un événement inhabituel qui est vraiment excitant », déclare Duncan Brown, professeur de physique à l’Université de Syracuse et chercheur en ondes gravitationnelles, qui n’a pas participé à l’étude.
Il est trop tôt pour dire si l’explosion a provoqué ou non un trou noir. Il est possible qu’il se soit transformé en un type de corps stellaire, appelé étoile à neutrons, qui est aussi incroyablement dense. La bonne nouvelle, c’est que maintenant que nous l’avons trouvée, nous pouvons continuer à l’observer et la regarder évoluer, ce que nous n’avions pas pu faire auparavant. Et comment ces changements de création pourraient aider à remodeler nos théories sur ce qu’il advient des trous noirs et des étoiles à neutrons juste après leur création. “Nous les voyons des milliers d’années après, mais nous ne savons rien de ce qu’ils ont fait au début”, a déclaré Rafaella Margutti, astrophysicien à la Northwestern University, qui a dirigé la recherche, dans le journal Astrophysical Journal.
Le premier grand indice selon lequel Margutti et son équipe avaient quelque chose de vraiment unique est venu quand ils ont mesuré les rayons X issus de The Cow. Ils ont trouvé une abondance de rayons X «durs», 10 fois plus puissants que vos rayons X moyens. Ce type de signal est ce que certains astronomes appellent une “bosse” et est généralement associé à des trous noirs. Ce signal suggère fortement que quelque chose à l’intérieur de la supernova engouffe de la matière, comme le font souvent les trous noirs. «Il y a donc quelque chose de vivant dans The Cow qui produit ces rayons X durs», déclare Margutti. «C’est le message crucial de l’observation.» Elle ajoute: «C’est quelque chose que nous n’avons jamais vu auparavant dans un état transitoire. C’est complètement sans précédent. Margutti dit que The Cow a reçu son surnom parce qu’elle a été désignée AT2018cow dans le schéma de nommage de l’équipe.
Margutti et son équipe pensent avoir pu voir cet objet car l’étoile qui a explosé n’a pas versé beaucoup de matériau dans l’explosion. De cette façon, il n’y avait pas autant de matériel pour protéger le rayonnement intérieur de la vue. Cela peut aussi expliquer pourquoi il est devenu si brillant si rapidement. Normalement, les supernovas mettent des semaines à atteindre leur luminosité maximale. Le fait que celui-ci soit devenu si lumineux en seulement deux jours est vraiment étrange, et c’est peut-être parce qu’il y avait moins de matériaux pour bloquer la lumière de notre vue. Pour cette raison, l’équipe n’en est pas sûre. C’est peut-être parce que la plupart des matériaux de l’explosion ont pu retomber dans le trou noir ou l’étoile à neutrons. “Nous avons spéculé à ce sujet, mais en toute honnêteté, je ne le sais pas”, déclare Margutti. “Nous ne savons toujours pas.”
Cela a également contribué à ce que cette explosion se produise relativement près – dans le schéma cosmique des choses – à seulement 200 millions d’années-lumière. Cela rend tout un peu plus facile à observer. Et pour véritablement comprendre cet événement de manière plus détaillée, les astronomes devront continuer à l’observer au cours des semaines et des mois à venir. À l’heure actuelle, c’est trop près du Soleil dans le ciel pour être vu. Mais après la semaine prochaine, il devrait être de retour dans une position idéale pour une visualisation optimale.
Et les détails que nous avons recueillis lors de cet événement pourraient nous renseigner sur ce qui arrive aux trous noirs et aux étoiles à neutrons quand ils ne sont que des nouveau-nés. Comment changent-ils de taille? Comment tournent-ils? Avec The Cow, les astronomes espèrent pouvoir répondre de plus près à ces questions. «Nous avons vu des étoiles à neutrons isolées se briser les unes sur les autres et nous avons vu des matériaux tomber dans des trous noirs», déclare Brown.