Il s’agit d’une vue d’artiste de la première détection confirmée d’un système stellaire qui formera un jour une kilonova – l’explosion ultra-puissante productrice d’or créée par la fusion d’étoiles à neutrons. Ces systèmes sont si phénoménalement rares qu’on pense qu’il n’existe qu’une dizaine de systèmes de ce type dans l’ensemble de la Voie lactée. Crédit : CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Spaceengine/M. Zamani
Les astronomes utilisant le télescope SMARTS de 1,5 mètre découvrent un système d’étoiles binaires d’un sur dix milliards.
Les astronomes utilisant le télescope SMARTS de 1,5 mètre à l’Observatoire interaméricain de Cerro Tololo au Chili, un programme de la NSF
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>NOIRLab[{“attribute=””>NOIRLabont découvert le premier exemple d’un type phénoménalement rare de système d’étoiles binaires, un qui a toutes les bonnes conditions pour éventuellement déclencher un kilonova – l’explosion ultra-puissante productrice d’or créée par la collision étoiles à neutrons. Un tel arrangement est si rare que l’on pense qu’il n’existe qu’une dizaine de systèmes de ce type dans l’ensemble.
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>Voielactée[{“attribute=””>MilkyWay Galaxie. Les résultats sont publiés aujourd’hui (1er février 2013) dans la revue La nature.
Ce système inhabituel, connu sous le nom de CPD-29 2176, est situé à environ 11 400 années-lumière de la Terre. Il a d’abord été identifié par
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribut=””>NASA[{“attribute=””>NASAObservatoire Neil Gehrels Swift. Des observations ultérieures avec le télescope SMARTS de 1,5 mètre ont permis aux astronomes de déduire les caractéristiques orbitales et les types d’étoiles qui composent ce système – un
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>étoileàneutrons[{“attribute=””>neutronstar créé par une supernova ultra-dépouillée et une étoile massive en orbite proche qui est en train de devenir elle-même une supernova ultra-dépouillée.
Une supernova ultra-dépouillée est l’explosion en fin de vie d’une étoile massive dont une grande partie de son atmosphère extérieure a été dépouillée par une étoile compagne. Cette classe de supernova n’a pas la force explosive d’une supernova traditionnelle, qui autrement “expulserait” une étoile compagnon proche du système.
Cette infographie illustre l’évolution du système stellaire CPD-29 2176, le premier progéniteur kilonova confirmé. Au stade 1, deux étoiles bleues massives se forment dans un système d’étoiles binaires. Stade 2, la plus grande des deux étoiles approche de la fin de sa vie. Au stade 3, la plus petite des deux étoiles siphonne la matière de son compagnon plus grand et plus mature, le dépouillant d’une grande partie de son atmosphère extérieure. Au stade 4, l’étoile la plus grande forme une supernova ultra-dépouillée, l’explosion en fin de vie d’une étoile avec moins de “coup de pied” qu’une supernova plus normale. Au stade 5, tel qu’observé actuellement par les astronomes, l’étoile à neutrons résultante de la supernova précédente commence à siphonner la matière de son compagnon, renversant les rôles sur la paire binaire. Stade 7, avec la perte d’une grande partie de son atmosphère extérieure, l’étoile compagne subit également une supernova ultra-dépouillée. Cette étape se produira dans environ un million d’années. Étape 7, une paire d’étoiles à neutrons en orbite mutuelle proche reste maintenant là où il y avait autrefois deux étoiles massives. Au stade 8, les deux étoiles à neutrons tournent l’une vers l’autre, abandonnant leur énergie orbitale sous forme de faible rayonnement gravitationnel. Étape 9, la dernière étape de ce système lorsque les deux étoiles à neutrons entrent en collision, produisant une puissante kilonova, l’usine cosmique d’éléments lourds de notre Univers. Crédit : CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld
« L’étoile à neutrons actuelle devrait se former sans éjecter sa compagne du système. Une supernova ultra-dépouillée est la meilleure explication de la raison pour laquelle ces étoiles compagnes sont sur une orbite si étroite », a déclaré Noel D. Richardson de l’Université aéronautique Embry-Riddle et auteur principal de l’article. “Pour créer un jour une kilonova, l’autre étoile devrait également exploser en tant que supernova ultra-dépouillée afin que les deux étoiles à neutrons puissent éventuellement entrer en collision et fusionner.”
En plus de représenter la découverte d’une bizarrerie cosmique incroyablement rare, la découverte et l’étude de systèmes progéniteurs de kilonova comme celui-ci peuvent aider les astronomes à percer le mystère de la formation des kilonovae, faisant la lumière sur l’origine des éléments les plus lourds de l’Univers.
“Pendant un certain temps, les astronomes ont spéculé sur les conditions exactes qui pourraient éventuellement conduire à une kilonova”, a déclaré l’astronome et co-auteur du NOIRLab, André-Nicolas Chené. “Ces nouveaux résultats démontrent que, dans au moins certains cas, deux étoiles à neutrons sœurs peuvent fusionner lorsque l’une d’elles a été créée sans explosion de supernova classique.”
Produire un système aussi inhabituel est cependant un processus long et peu probable. « Nous savons que la Voie lactée contient au moins 100 milliards d’étoiles et probablement des centaines de milliards d’autres. Ce système binaire remarquable est essentiellement un système à un sur dix milliards », a déclaré Chené. “Avant notre étude, l’estimation était que seuls un ou deux de ces systèmes devraient exister dans une galaxie spirale comme la Voie lactée.”
Bien que ce système ait tout ce qu’il faut pour former éventuellement une kilonova, il appartiendra aux futurs astronomes d’étudier cet événement. Il faudra au moins un million d’années pour que l’étoile massive mette fin à sa vie en tant qu’explosion de supernova titanesque et laisse derrière elle une deuxième étoile à neutrons. Ce nouveau vestige stellaire et l’étoile à neutrons préexistante devront alors se rapprocher progressivement dans un ballet cosmique, perdant lentement leur énergie orbitale sous forme de rayonnement gravitationnel.
Lorsqu’ils finiront par fusionner, l’explosion de kilonova qui en résulte produira beaucoup plus de puissance
” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute=””>ondesgravitationnelles[{“attribute=””>gravitationalwaves et laisse dans son sillage une grande quantité d’éléments lourds, dont l’argent et l’or.
“Ce système révèle que certaines étoiles à neutrons se forment avec seulement un petit coup de supernova”, a conclu Richardson. “En comprenant la population croissante de systèmes comme CPD-29 2176, nous aurons un aperçu du calme de certaines morts stellaires et si ces étoiles peuvent mourir sans les supernovae traditionnelles.”
Référence : « A high-mass X-ray binary descended from an ultra-striped supernova » 1er février 2023, La nature.
DOI : 10.1038/s41586-022-05618-9
L’équipe est composée de Noel D. Richardson (Embry-Riddle Aeronautical University), Clarissa Pavao (Embry-Riddle Aeronautical University), Jan J. Eldridge (University of Auckland), Herbert Pablo (American Association of Variable Star Observers), André- Nicolas Chené (NSF’s NOIRLab/Gemini Observatory), Peter Wysocki (Georgia State University), Douglas R. Gies (Georgia State University), Georges Younes (The George Washington University) et Jeremy Hare (NASA Goddard Space Flight Center).
Le NOIRLab de la NSF, le centre américain d’astronomie optique-infrarouge au sol, exploite l’Observatoire international Gemini (une installation de la NSF, du CNRC–Canada, de l’ANID–Chili, du MCTIC–Brésil, du MINCyT–Argentine et du KASI–République de Corée), Kitt Peak National Observatory (KPNO), Cerro Tololo Inter-American Observatory (CTIO), Community Science and Data Center (CSDC) et Vera C. Rubin Observatory (exploité en coopération avec le SLAC National Accelerator Laboratory du ministère de l’Énergie). Il est géré par l’Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA) dans le cadre d’un accord de coopération avec la NSF et a son siège à Tucson, en Arizona. La communauté astronomique est honorée d’avoir l’opportunité de mener des recherches astronomiques sur Iolkam Du’ag (Kitt Peak) en Arizona, sur Maunakea à Hawai’i et sur Cerro Tololo et Cerro Pachón au Chili. Nous reconnaissons et reconnaissons le rôle culturel très important et le respect que ces sites ont pour la nation Tohono O’odham, la communauté autochtone hawaïenne et les communautés locales du Chili, respectivement.
