Les étoiles à neutrons sont des objets incroyablement denses et chauds qui tournent rapidement sur eux-mêmes. Ils ont tendance à agiter la matière alentour, de sorte qu’ils passent rarement inaperçus. © Peter Jurik, Adobe Stock
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L'étoile à neutrons de la supernova de 1987 aurait bien été retrouvée par Alma

ActualitéClassé sous :Astronomie , Supernova , Etoile à Neutrons

Les supernovae sont des explosions d'étoiles temporairement aussi brillantes que des galaxies et visibles à des millions voire des milliards d'années-lumière. Leur étude permet de mieux comprendre l'évolution chimique des galaxies, et c'est pour cette raison que celle survenue très près de notre Voie lactée, en 1987, fait l'objet encore aujourd'hui de nombreuses études. De nouvelles observations avec Alma confortent la théorie impliquant que SN 1987A a dû produire une étoile à neutrons comme cadavre stellaire.

En février 1987, des yeux singuliers dont Homo sapiens venait juste de se doter, à savoir des détecteurs de neutrinos, révélaient que quelque chose de spectaculaire venait de se passer. Les astrophysiciens s'attendaient à ce genre de phénomène, une brusque bouffée de ces particules fantomatiques indiquant que le flux de neutrinos de hautes énergies arrivant sur Terre avait brusquement augmenté. Dans la nuit du 23 au 24 de ce mois de février, il devient rapidement clair qu'il était associé à l'apparition d'une supernova dans le Grand Nuage de Magellan, à environ 163.000 années-lumière de la Voie lactée, un événement inespéré dans la vie d'un astronome.

Extrait du documentaire Du Big Bang au vivant, associé au site du même nom, un projet multiplateforme francophone sur la cosmologie contemporaine. Jean-Pierre Luminet parle de la mort des étoiles massives, leur explosion en supernova et la formation de pulsars. © ECP Productions, YouTube

Il s'agit toujours à ce jour de la supernova la plus proche connue depuis plus d'un siècle mais surtout, ces explosions d'étoiles s'observent rarement dans notre Galaxie parce qu'elle contient de nombreux nuages de poussières qui absorbent fortement la lumière visible sur des distances interstellaires. C'est du moins ce que l'on pensait pour expliquer le fait que le compte n'y est pas quand on compare les observations dans notre Voie lactée car, lorsque l'on décompte les supernovae dans les autres galaxies sur une année - tous types confondus (SN II et SN Ia notamment) - on est conduit à estimer qu'en moyenne trois à quatre supernovae par siècle devraient se produire dans notre Galaxie. Or, l'avant-dernière connue par exemple, avant les observations récentes de Chandra, date d'il y a 330 ans environ. Il s'agit de Cassiopée A, et contrairement à celles de 1572 et 1604, observées en lumière visible par Tycho Brahe (SN 1572) et Johannes Kepler (SN 1604), elle ne semble pas avoir été notée par des astronomes. Elle n'a été découverte qu'en radio, en 1947.

De Sanduleak -69° 202a à SN 1987A

Officiellement baptisée SN 1987A, la « stella nova » signalait en fait la mort d'un astre répertorié dans la mémoire de la noosphère par l'astronome roumain-américain Nicholas Sanduleak en 1970. Mais, elle était restée juste un numéro dans un catalogue jusqu'à ce qu'elle soit identifiée comme l'étoile qui a explosé en donnant la première supernova à l'œil nu depuis l'invention du télescope par Newton, atteignant la magnitude visuelle de 2,8 en quelques jours.

Cette vidéo commence par une vue nocturne du Petit et du Grand nuage de Magellan, galaxies satellites de notre Voie lactée. On zoome ensuite sur une riche région de naissance d'étoiles dans le Grand Nuage de Magellan. Nichée entre des montagnes de gaz de couleur rouge se trouve la structure étrange de la Supernova 1987A, le vestige d'une étoile explosée qui a été observée pour la première fois en février 1987. Le site de la supernova est entouré d'un anneau de matériaux éclairé par l'énergie de l'onde de choc de l'explosion. Deux anneaux extérieurs pâles sont également visibles. Les trois anneaux existaient avant l'explosion en tant que reliques fossiles de l'activité de l'étoile condamnée dans ses derniers jours. © Nasa, ESA et G. Bacon (STScI)

L'étoile génitrice de cette supernova, Sanduleak -69° 202a, était une supergéante bleue 50 fois plus volumineuse que le Soleil et 20 fois plus massive. Certains pensent qu'elle appartenait à un système binaire car il faut dire que l'étude de SN 1987A, qui s'est poursuivie depuis lors, a rapidement montré que la supernova ne rentrait pas dans les cadres habituels même s'il devait bien s'agir d'une catastrophe stellaire provoquée par l'effondrement gravitationnel d'une étoile, de celui qui conduit le plus souvent à la formation d'une étoile à neutrons. L'origine et la nature exactes de Sanduleak -69° 202a sont cependant encore débattues, comme on peut s'en convaincre en parcourant l'article publié sur arXiv.

On s'attendait depuis 30 ans à voir émerger le cadavre stellaire d'une étoile à neutrons dans les restes de la supernova, qui s'est en réalité produite il y a plus de 160.000 ans si l'on se souvient que la lumière de la naissance de SN 1987A a mis ce temps pour nous rejoindre. Mais ce n'est que tout récemment que des indications en ce sens ont été fournies, comme l'expliquait Futura dans le précédent article ci-dessous.

Des images Alma à très haute résolution ont révélé un « globule » chaud dans le noyau poussiéreux du reste de la supernova SN 1987A (encart), qui pourrait être l'emplacement de l'étoile à neutrons manquante. La couleur rouge montre de la poussière et du gaz froid au centre du reste de supernova, pris à des longueurs d'onde radio avec Alma. Les teintes vertes et bleues révèlent l'endroit où l'onde de choc en expansion de l'étoile explosée entre en collision avec un anneau de matière autour de la supernova. Le vert représente la lueur de la lumière visible, capturée par le télescope spatial Hubble de la Nasa. La couleur bleue révèle le gaz le plus chaud et est basée sur les données du télescope spatial à rayons X Chandra de la Nasa. © Alma (ESO, NAOJ, NRAO), P. Cigan et R. Indebetouw ; NRAO, AUI, NSF, B. Saxton ; Nasa, ESA

Deux nouveaux articles en accès libre sur arXiv rendent encore plus crédible la présence d'une étoile à neutrons. Il y a d'abord celui décrivant le dernier bilan d'années d'observations des restes de SN 1987A avec le fameux Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, en français « grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama » (Alma), le réseau de radiotélescopes géant observant dans le domaine des ondes millimétriques et qui est installé dans le désert d'Atacama dans le nord du Chili.

Une étoile à neutrons à cinq millions de degrés

Les années passant, le pouvoir de résolution d'Alma ne fait que croître et les radioastronomes voient maintenant une sorte de globule particulièrement brillant, donc chaud, dans le noyau poussiéreux associé. « Nous avons été très surpris de voir cette tache chaude formée par un épais nuage de poussière dans le reste de la supernova », a ainsi déclaré dans un communiqué Mikako Matsuura de l'université de Cardiff, membre de l'équipe qui a découvert la tache avec Alma. L'astronome ajoute : « Il doit y avoir quelque chose dans le nuage qui a réchauffé la poussière et qui la fait briller. C'est pourquoi nous avons suggéré qu'une étoile à neutrons se cachait à l'intérieur du nuage de poussière. Nous pensions que l'étoile à neutrons était peut-être trop brillante pour exister, mais ensuite Dany Page et son équipe ont publié une étude qui indiquait que l'étoile à neutrons pouvait en effet être aussi brillante parce qu'elle était jeune. »

Cette image colorée et multilongueurs d'onde des restes complexes de SN 1987A est produite avec les données de trois observatoires différents. Les couleurs, artificielles, ont la même interprétation que dans la légende de l'image précédente. © Alma (ESO, NAOJ, NRAO), P. Cigan et R. Indebetouw ; NRAO, AUI, NSF, B. Saxton ; Nasa, ESA

Dany Page est, quant à lui, astrophysicien à l'Université nationale autonome du Mexique, et avec son équipe il a modélisé sur ordinateur SN 1987A qu'il étudie depuis des décennies. « J'étais à la moitié de mon doctorat lorsque la supernova s'est produite, explique-t-il, toujours dans le communiqué du National Radio Astronomy Observatory (NRAO), et ce fut l'un des plus grands événements de ma vie qui m'a fait changer le cours de ma carrière pour essayer de résoudre ce mystère. C'était comme un saint Graal moderne ».

La modélisation numérique a livré deux informations, d'abord que l'étoile à neutrons (neutrons star, en anglais) nouvellement formée, NS 1987A, est particulièrement chaude, avec une température de surface d'environ cinq millions de degrés, mais aussi que l'explosion de la supernova l'avait propulsée dans une direction bien particulière, et avec une vitesse bien déterminée qui est aujourd'hui de plusieurs centaines de kilomètres par seconde. On pouvait donc prévoir la localisation actuelle de l'étoile à neutrons et la brillance du nuage de poussière où elle se trouve actuellement.

Or, ces prédictions sont justement parfaitement conformes aux observations de Mikako Matsuura et ses collègues. Toutefois, seule une image directe de l'étoile à neutrons donnerait une preuve définitive de son existence. Mais pour cela, les astronomes devront encore patienter quelques décennies, le temps que la poussière et le gaz dans le reste de la supernova deviennent plus transparents.

Un résumé des observations concernant SN 1987A. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa, ESA, and M. Estacion (STScI)

  • En février 1987, une supernova se dévoilait aux yeux des astronomes.
  • Elle leur a permis de préciser leurs théories sur la fin de vie des étoiles.
  • Mais manquait toujours à l’appel l’étoile à neutrons résultant de son effondrement final.
  • Des astronomes affirment aujourd’hui en avoir trouvé la trace.
Pour en savoir plus

L’étoile à neutrons de la supernova 1987A enfin retrouvée ?

Article de Nathalie Mayer publié le 26/11/2019

L'étude de la supernova 1987A a permis aux astronomes d'affiner leurs théories sur la fin de vie des étoiles. Mais, en 30 ans d'observations, ils n'avaient jamais pu observer l'étoile à neutrons résultant de cette explosion. Grâce à des images d'une incroyable netteté, il semblerait que ce soit désormais chose faite.

Le 23 février 1987, la supernova 1987A (SN 1987A) est apparue aux yeux des astronomes qui observaient alors le ciel de l'hémisphère sud. Son origine : notre galaxie voisine, le Grand nuage de Magellan, à quelque 160.000 années-lumière de notre Terre. Sa luminosité a atteint un maximum quelques mois plus tard avant de décliner peu à peu. Une formidable occasion pour les chercheurs d'en apprendre un peu plus sur la fin de vie des étoiles.

Jusqu'alors, les astronomes pensaient que seules les supergéantes rouges finissaient en supernovae. Or, il s'est avéré que Sanduleak -69° 202a (SK-69 202), l'étoile à l'origine de SN 1987A, était... une supergéante bleue. Une étoile de quelque 20 fois la masse de notre Soleil, soit trop peu pour que celle-ci s'effondre ensuite en un trou noir. Et c'est ainsi que les astronomes se sont lancés à la recherche, d'une étoile à neutrons, dans les restes de la supernova.

Mais, pendant plus de 30 ans, rien ! Jusqu'à de récents travaux d'astronomes de l'université de Cardiff (Royaume-Uni). Ils ont pour cela fait appel à la sensibilité de l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma - Chili). Et ils ont découvert, dans les restes de l'explosion, un nuage de poussière, une zone plus brillante que les zones et qui, malgré le fait qu'elle ne se situe pas parfaitement au centre du nuage, correspond à la localisation supposée de l'étoile à neutrons tant recherchée.

Un zoom sur les restes de la supernova 1987A. Dans la boucle bleue, à droite du centre, la possible localisation de l’étoile à neutrons résultante. © Cigan et al., Université de Cardiff

Une étoile voilée par un nuage

« Pour la première fois, nous sommes en mesure de confirmer la présence d'une étoile à neutrons dans les restes de la supernova 1987A. Sa lumière était simplement jusqu'alors voilée par un épais nuage de poussière, comme un brouillard masquant un projecteur », raconte Phil Cigan, astrophysicien à l'université de Cardiff.

Car l'explosion de SN 1987A a donné naissance à de grandes quantités de gaz, d'abord à des températures supérieures à un million de degrés mais qui se sont ensuite refroidies... jusqu'à prendre la forme solide de poussières. Ce nuage s'est-il brusquement dissipé ? Non. C'est simplement qu'Alma offre un accès à une gamme de longueurs d'ondes différentes. Une gamme de longueurs d'onde dans laquelle l'étoile à neutrons fait briller le nuage qui nous la cachait jusqu'à présent, suffisamment pour être détectée par les télescopes extrêmement sensibles d'Alma.

Le nuage de poussière qui cache l’étoile à neutrons pourrait bientôt se dissiper

Ainsi, les astronomes, qui avaient fini par douter des théories décrivant la vie et la mort des étoiles, peuvent se rassurer. Ne leur reste plus qu'à attendre que le nuage de poussière se dissipe enfin pour espérer apercevoir la fameuse étoile à neutrons pour la toute première fois et confirmer définitivement la découverte. Et cela pourrait se produire dans un futur relativement proche car les chercheurs de l'université de Cardiff assurent que l'étoile à neutrons est entrée dans une phase dite de nébuleuse de vent de pulsar qui devrait éloigner le nuage.

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