Illustration d’une puissante explosion cosmique. © mantinov, Fotolia

Sciences

Un trou noir ou une supernova derrière la mystérieuse explosion cosmique “The Cow” ?

ActualitéClassé sous :Astronomie , collision d'étoile , explosion

Un flash très lumineux, observé le 16 juin 2018 dans le cosmos, a dérouté les astronomes. Le phénomène ne ressemble pas à une supernova classique. Il pourrait s'agir d'une naine blanche détruite par un trou noir de masse intermédiaire.

Au début des années 1930, les astrophysiciens, Walter Baade et Fritz Zwicky, prennent conscience qu'il faut introduire en astronomie une nouvelle catégorie de novae, ces étoiles transitoires très brillantes apparaissant une seule fois dans le ciel pour ensuite disparaitre à jamais ; certaines ont été observées par les bâtisseurs du ciel qu'étaient Tycho Brahe et Johannes Kepler. Le nom qu'ils proposent alors va faire fortune : supernova. En compagnie de Rudolph Minkowski, astronome et neveu du célèbre mathématicien, Hermann Minkowski, Baade se rend compte que ces supernovae peuvent également être séparées en deux types, en fonction de leurs raies spectrales et des caractéristiques des courbes de lumière. D'autres divisions s'ajouteront mais ces travaux sont à l'origine de la classification moderne avec des SN II et les SN Ia.

Toujours dans les années 1930, Walter Baade et Fritz Zwicky comprennent, très peu de temps après la découverte par Chadwick du neutron en 1932, que certaines supernovae sont des explosions gigantesques. Elles accompagnent l'effondrement des étoiles qui vont devenir des étoiles à neutrons. En 1938, Robert Oppenheimer exploite, avec son étudiant Volkoff, des résultats de Richard Tolman portant sur des sphères de fluides en relativité générale, et effectue les premiers véritables calculs sur le concept d'étoiles à neutrons. Dès 1939, ces deux chercheurs les présentent comme des noyaux atomiques qui auraient la taille d'une étoile. Avec un autre étudiant, Hartland Snyder, Oppenheimer étudiera ce qu'il advient de tels objets lorsqu'ils s'effondrent gravitationnellement, jetant au passage la base de la théorie des trous noirs.

Des astronomes utilisant des observatoires au sol ont suivi la progression d'un événement cosmique surnommé « la Vache », comme le montre cette image. À gauche : le Sloan Digital Sky Survey, au Nouveau-Mexique, a observé la galaxie hôte CGCG137-068 en 2003, la Vache n'étant nulle part en vue. Le cercle vert indique l'emplacement où la Vache est finalement apparue. Au centre : le télescope de Liverpool, situé dans les îles Canaries, en Espagne, a observé la Vache presqu'à sa luminosité maximale, le 20 juin 2018, alors qu’elle était beaucoup plus lumineuse que sa galaxie hôte. À droite: le télescope William Herschel, également aux îles Canaries, a pris une image haute résolution de la Vache près d'un mois après avoir atteint son maximum de luminosité, lorsqu'elle s'est estompée et que la galaxie hôte est redevenue visible. © Daniel Perley, Liverpool John Moores University

Aujourd'hui, les astrophysiciens, perplexes, s'interrogent sur l'interprétation à donner d'un bref flash de lumière. Il a été détecté par les yeux, en orbite de l'humanité, le 16 juin 2018, dans la galaxie CGCG 137-068, située à environ 200 millions d'années-lumière de la Voie lactée, dans la direction de la constellation d'Hercule. Baptisé AT2018cow ou « the Cow » (en français : la Vache), l'événement a été, en effet, observé depuis l'espace par les satellites Swift et Nustar, du côté de la Nasa, ainsi que par XMM-Newton et Integral, du côté de l'Esa. Tant dans le domaine X que gamma, des informations à son sujet sont disponibles. Mais, comme l'expliquait Futura dans l'article ci-dessous, on l'a d'abord découvert au sol avec des observations dans le visible à l'aide du télescope Atlas, à Hawaï.

Deux scénarios pour AT2018cow

De 10 à 100 fois plus brillant que les supernovae classiques, AT2018cow s'en distingue aussi par sa courbe de lumière qui n'évolue pas non plus comme on l'attendrait de l'une de ces explosions. Deux équipes d'astrophysiciens ont bien quelques idées pour expliquer le phénomène mais aucune ne semble cadrer, pour le moment, avec l'ensemble des données observationnelles.

AT2018cow dans, ou bien, à proximité d'une galaxie appelée CGCG 137-068, située à environ 200 millions d'années-lumière de la Terre dans la constellation d'Hercule. La croix jaune indique l'emplacement de cette explosion déconcertante. © Sloan Digital Sky Survey

Dans le premier cas, on serait en présence d'un scénario analogue à celui développé dans le journal Nature, en mars 1982, avec un article cosigné par Jean-Pierre Luminet et Brandon Carter. En effet, ces chercheurs ont montré qu'une étoile pénétrant dans la zone définie par le rayon de marée d'un trou noir supermassif devait d'abord être aplatie comme une crêpe par les forces de marée. Dans un second temps, expliquaient-ils, des réactions thermonucléaires doivent se produire au sein de l'étoile, conduisant à des détonations capables de la disloquer. Le résultat final ressemblerait bien à une supernova atypique, voire même à un sursaut gamma, comme l'ont montré, en 2010, des simulations numériques de Matthieu Brassart et Jean-Pierre Luminet, alors à l'Observatoire de Paris-Meudon.

Toutefois, AT2018cow s'est produit dans la bordure de la galaxie CGCG 137-068 alors que les trous noirs supermassifs se trouvent généralement dans le cœur des galaxies. Cependant, on peut très bien faire intervenir un trou noir de masse intermédiaire qui se trouvait dans une galaxie naine avalée il y a peu à l'échelle du cosmos, par  CGCG 137-068, ou encore dans l'un des amas globulaires en orbite, autour de la galaxie.

Une présentation du scénario de la destruction d'une naine blanche par un trou noir de masse intermédiaire. Traduction et sous-titres en cliquant sur la roue dentée en bas de l'écran. © Nasa Jet Propulsion Laboratory

Ces amas sont riches en naines blanches. Mais, dans tout les cas de figure, comme l'explique cet article disponible sur arXiv, plusieurs des observations concernant AT2018cow s'expliquent bien si l'événement est, à la base, celui d'une dislocation d'une naine blanche de masse comprise entre 0,1 et 0,4 masse solaire, initialement transformée en crêpe stellaire par un trou noir intermédiaire de masse comprise entre 100.000 et un million de masses stellaires.

Mais, pour le second groupe de chercheurs (dont les travaux sont aussi en accès libre sur arXiv), des observations dans le domaine radio ne cadreraient pas avec l'hypothèse. Selon eux, une supernova, avec un effondrement gravitationnelle donnant un trou noir ou une étoile à neutrons, aurait bien été remarquée. Ce qui changerait un peu la donne est que l'on aurait observer les émissions d'un disque d'accrétion nouvellement formé autour de l'astre compact. On aurait donc surpris la formation en direct d'un tel objet ! En fait, ce n'est pas la première fois que l'on pense percevoir un phénomène de ce genre ; à ce sujet, citons le cas de N6946-BH1 ou encore de SN 1979C.

Affaire à suivre...

  • Observé le 16 juin 2018, un flash très lumineux déroute les astronomes. Il est associé à une galaxie distante de 200 millions d'années-lumière.
  • Le phénomène ne ressemble pas à une supernova classique, notamment parce que T2018cow est 10 à 100 fois plus brillant.
  • Deux équipes d’astrophysiciens ont quelques explications pour ce phénomène baptisé « the Cow », mais pour le moment, aucune ne semble cadrer avec l’ensemble des données observationnelles.
  • Il pourrait s'agir d'une naine blanche détruite par un trou noir de masse intermédiaire ou d'une supernova conduisant à la formation d'un astre compact entouré d'un disque d'accrétion surprise en direct.
Pour en savoir plus

Une mystérieuse explosion cosmique 10 à 100 fois plus brillante qu’une supernova

Article de Xavier Demeersman publié le 05/07/2018

Un flash très lumineux observé le 16 juin dans le cosmos a dérouté les astronomes. Quelle peut être l'origine de cette puissante explosion qui a secoué une galaxie voisine ? Le phénomène ne ressemble pas à une supernova classique.

Le 16 juin dernier, des astronomes ont été témoins d'une puissante explosion dans l'univers local. Rapportée immédiatement à The Astronomer’s Telegram (le site permet aux astronomes de signaler rapidement de nouvelles observations intéressantes), la nouvelle s'est ensuite répandue dans le monde entier et plusieurs observatoires ont braqué leurs télescopes dessus. Les chercheurs n'avaient jamais rien vu de semblable jusqu'à présent. De quoi s'agit-il ? Pour l'instant, les scientifiques n'ont pas encore d'idées précises de ce qui est à l'origine du phénomène. Mais ils sont bien sûr passionnés par cette nouvelle affaire. Dix à cent fois plus brillant qu'une supernova, ce phénomène pourrait être un nouveau type d'explosion cosmique. Le moins que l'on puisse dire est qu'elle a beaucoup surpris et par son intensité et par sa rapidité.

Le flash désigné AT2018cow (dénomination aléatoire à trois lettres du site), et surnommé depuis The Cow (la vache), a été repéré dans le cosmos par les télescopes Atlas, de l'observatoire Keck, coutumiers de la chasse aux astéroïdes. Dans un premier temps, les chercheurs ont pensé que le phénomène était relativement proche de nous, originaire de la Voie lactée, mais ils se sont aperçus ensuite qu'il provient de la galaxie CGCG 137-068, dans la constellation d'Hercule, à quelque 200 millions d'années-lumière (cela s'est donc passé il y a 200 millions d'années).« Je n'ai jamais rien vu de tel dans l'univers local ! », a confié au Washington Post Stephen Smartt, de la Queen's University à Belfast.

Avant-après l’explosion de AT2018cow. Images du télescope Atlas. © Stephen Smartt, Atlas

Le puissant lait cosmique de The Cow

Les supernovae, qui sont parmi les évènements les plus puissants dans l'univers, ne sont pas rares. Il est possible d'en surprendre régulièrement au sein de galaxies à travers tout l'univers. Mais dans le cas de The Cow, ce qui la différencie notamment des explosions standard d'étoiles massives est qu'elle a atteint son pic de luminosité en seulement deux jours, là où il faut plusieurs semaines pour une supernova typique. Les astronomes sont donc plutôt déroutés par les faits.

Les premières observations du phénomène font état d'un brûlant nuage à 9.000 °C qui se répand à plus de 20.000 km/s. Son spectre est « étonnamment lisse » ont indiqué les scientifiques, brillant de la même façon dans toutes les parties, à la différence aussi des supernovae. « Nous ne sommes pas encore sûrs de ce que c'est, mais le mécanisme d'alimentation normal d'une supernova est la désintégration radioactive du nickel, et cet évènement est trop brillant et trop rapide pour cela », a expliqué Kate Maguire, également de la Queen's University.

Le seul scénario considéré comme plausible pour l'instant, mais qui demande à être vérifié, est celui d'une supernova de type 1c, c'est-à-dire une supernova à effondrement de cœur qui aurait perdu ses manteaux d'hydrogène et d'hélium. Affaire à suivre. La collecte de données continue même si le lait de The Cow a commencé à se tarir. Pour l'instant, aucune trace n'a encore été trouvée d'éventuelles ondes gravitationnelles.


Découverte d'une mystérieuse explosion cosmique

Article de Laurent Sacco publié le 30 mai 2007

Trop brillante pour être une nova et pas assez pour être une supernova, une explosion vient d'être détectée dans l'amas de la Vierge, plus précisément dans la galaxie dénommée M85 dans le catalogue de Messier. Il pourrait s'agir d'un phénomène astrophysique théorisé depuis longtemps mais jamais observé, la collision de deux étoiles à enveloppe commune dans un système binaire. Pour les astrophysiciens, en tous cas, il ne s'agit très probablement que de la partie émergée d'un iceberg correspondant à une nouvelle classe de phénomènes cosmiques.

Le phénomène, baptisé M85OT2006-1, a été découvert lors d'une campagne de détection de supernovae par des astronomes des universitiés de Berkeley et du Caltech, toutes les deux en Californie. Ils ont pour cela utilisé le Katzman Automatic Imaging Telescopedans le cadre du programme de recherche de supernovae de l'observatoire de Lick.

En fait, comme l'explique Shrinivas R. Kulkarni, l'un des auteurs principaux de l'article publié dans Nature au sujet de cette découverte, les astronomes étaient partis à la recherche d'autre chose que des supernovae à l'aide de différents télescopes sur la planète. Lui et ses collègues spéculaient sur des explosions causées par des collisions d'étoiles. Précisons tout de suite que ce genre de collision ne peut pas être entre étoiles isolées dans une galaxie. Même lors d'une collision entre deux galaxies, la distance moyenne entre les étoiles est en effet telle que la probabilité d'une rencontre est quasiment nulle. Il n'en est pas de même à l'intérieur d'un système binaire.

On sait depuis presque 20 ans que la majorité des étoiles vivent en couples et qu'elles donnent alors lieu à une grande variété de situations selon leurs masses respectives et les distances les séparant. Ainsi, si l'on trace le potentiel gravitationnel associé aux deux étoiles, il apparaît des zones en forme de larmes dites lobes de Roche. Si les couches supérieures d'une de ces étoiles dépassent, pour une raison ou pour une autre, la limite définie par les lobes de Roche, alors un transfert de matière vers l'autre étoile se produit. Pour une naine blanche associée à une étoile dépassant son lobe de Roche, la naine blanche accréterait alors de la matière en provenance de sa compagne, ce qui pourrait conduire à la formation d'une nova. De manière générale, on parle de binaire à contact dans le cas où les deux étoiles dépassent leurs lobes de Roche.

Les différents types de binaire, détachées, semi-détachées, à contact et enfin à enveloppe commune dans leur potentiel gravitationnel. Notez L1, le point de Lagrange 1( Crédit : Vik Dhillon, University of Sheffield).

Pour les astrophysiciens, l'événement M85OT2006-1, s'étant déroulé à 49 millions d'années-lumière de la Terre, résulterait de l'évolution d'une binaire à contact particulière dite aussi à enveloppe commune. Dans ce cas les deux étoiles ont leurs couches supérieures qui dépassent leurs lobes de Roche et l'une peut même être considérée comme orbitant à l'intérieur des couches de l'autre. Elle subit alors des forces de friction qui finissent par diminuer encore plus la distance séparant les deux étoiles. Le flash de lumière observé, intermédiaire entre celui d'une nova et celui d'une supernova, résulterait alors de la collision finale de deux étoiles à enveloppe commune.

Après les sursauts gamma, les novae et les supernovae, on aurait enfin découvert ce que les chercheurs ont baptisé les novae rouges lumineuses (Luminous Red Novae).

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