Des scientifiques assistent pour la première fois à la naissance de l’un des aimants les plus puissants de l’univers, grâce à un « tour de magie » de la relativité générale

Pour la première fois, des astronomes ont assisté à la naissance de l’un des les aimants les plus puissants de l’universou magnétars, au cœur d’une supernova inhabituellement brillante, grâce à un effet prédit pour la première fois par Albert Einstein.

Selon les chercheurs, cette découverte passionnante est la première fois que la relativité générale est nécessaire pour décrire la mécanique d’une étoile qui explose.

Les magnétars sont des versions suralimentées d’étoiles à neutrons – les enveloppes ultradenses laissées par les violentes explosions d’étoiles géantes – qui contiennent la masse équivalente de le soleil emballé dans un espace de seulement quelques kilomètres de diamètre. Ces restes stellaires tournent incroyablement vite et génèrent donc un puissant champ magnétique. Mais les magnétars poussent cela à l’extrême, avec des champs magnétiques si puissants qu’ils peuvent déchirer des atomes individuels.

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Depuis plus d’une décennie, les chercheurs prédisent que la formation de magnétars pourrait contribuer à expliquer les « supernovas superlumineuses », qui brillent au moins 10 fois plus que la plupart des autres explosions stellaires. En théorie, ces rares spectacles de lumière pourraient se produire si un magnétar se formait au centre de la supernova, car le magnétisme suralimenté du reste stellaire pourrait encore accélérer l’éjection des particules chargées. Mais jusqu’à présent, personne n’a pu le prouver.

Cependant, dans une nouvelle étude publiée le 11 mars dans la revue Natureles astronomes ont découvert des preuves de ce phénomène se produisant au sein d’une supernova superlumineuse, baptisée SN 2024afavqui a explosé dans le ciel nocturne en décembre 2024.

En analysant la courbe de lumière de SN 2024afav – qui a brillé pendant plus de 200 jours et a été observée par plus de deux douzaines de télescopes à travers le monde – l’équipe a découvert qu’après avoir atteint sa luminosité maximale, l’explosion ne s’estompait pas progressivement comme le font d’autres supernovas. Au lieu de cela, sa luminosité s’est éclaircie et atténuée au moins quatre fois, ce qui, selon les chercheurs, est la preuve de l’implication d’un magnétar.

« C’est la preuve définitive de la formation d’un magnétar à la suite de l’effondrement d’un noyau de supernova superlumineuse », co-auteur de l’étude Alexeï Filippenkoun astronome de l’Université de Californie (UC) Berkeley, a déclaré dans un déclaration. C’est aussi la première fois que nous voyons naître un magnétar, ce qui est « ce qui est vraiment excitant », a-t-il ajouté.

Dans le passé, les astronomes ont été témoins d’autres phénomènes qui peut avoir donné naissance à un magnétarcomme le fusion de deux petites étoiles à neutrons. Cependant, cette nouvelle étude constitue la première preuve directe de la naissance d’un magnétar.

Les chercheurs ont également estimé les caractéristiques physiques du magnétar nouveau-né sur la base des données analysées. Ils pensent qu’il tourne probablement toutes les 4,2 millisecondes (238 fois par seconde) et que son champ magnétique est environ 300 000 milliards de fois supérieur à celui de l’objet. Le champ magnétique terrestrequi protège notre planète des tempêtes solaires potentiellement dangereuses.

« Phare cosmique stroboscopique »

Les oscillations dans la courbe de lumière de SN 2024afav résultent probablement d’un disque d’accrétion entourant le magnétar nouvellement né. Ce disque est constitué de gaz et de poussière provenant de l’étoile en explosion qui a été attirée vers le reste stellaire par son immense gravité. Ceci est similaire aux disques qui sont visible autour des trous noirs mais serait presque certainement asymétrique, ce qui signifie qu’il ne s’alignerait pas sur l’axe de rotation du magnétar.

La théorie de la relativité générale d’Einstein nous dit qu’un tel disque serait soumis à un effet connu sous le nom de précession de lentille-Thirring, qui le ferait osciller par rapport à l’axe de rotation du magnétar, le faisant s’éclaircir et s’assombrir lorsqu’il passerait la ligne de vue entre le reste stellaire et la Terre.

« Un disque vacillant pourrait bloquer et réfléchir périodiquement la lumière du magnétar, transformant l’ensemble du système en un phare cosmique stroboscopique », ont écrit les représentants de l’UC Berkeley dans le communiqué.

Les chercheurs ont détecté quatre oscillations dans la courbe de lumière de la supernova, chacune étant plus courte et moins intense que la précédente. Ce type d’oscillation est similaire à la cadence de plusieurs cris d’oiseaux, ce qui a conduit l’équipe à qualifier les oscillations de « gazouillis » et correspond à ce que l’on pourrait attendre de l’effet Lense-Thirring.

« Nous avons testé plusieurs idées, notamment les effets purement newtoniens et la précession induite par les champs magnétiques du magnétar, mais seule la précession de Lense-Thirring correspondait parfaitement au timing », a déclaré l’auteur principal de l’étude. Joseph Farahun nouveau chercheur à l’UC Berkeley et actuellement doctorant à l’Observatoire Las Cumbres en Californie, où SN 2024afav a été repéré pour la première fois, a déclaré dans le communiqué. « C’est (aussi) la première fois que la relativité générale est nécessaire pour décrire la mécanique d’une supernova. »

Pour les chercheurs qui ont proposé cette idée les premiers, les nouvelles découvertes sont la preuve irréfutable qu’ils avaient raison depuis le début, ont écrit les représentants de l’UC Berkeley.

« Pendant des années, l’idée du magnétar ressemblait presque à un tour de magie de théoricien : cacher un moteur puissant derrière des couches de débris de supernova. » Dan Kasenun astrophysicien de l’UC Berkeley qui a été l’un des premiers à suggérer l’hypothèse de Lense-Thirring mais qui n’a pas été impliqué dans la nouvelle étude, a déclaré dans le communiqué. « Le gazouillis de ce signal de supernova est comme ce moteur qui tire le rideau et révèle qu’il est vraiment là. »

Ces nouvelles découvertes ne signifient pas que toutes les supernovas superlumineuses sont liées à des magnétars, car d’autres chercheurs ont déjà montré que ces explosions lumineuses pouvaient également être liées à des magnétars. causés par des « cocons » de gaz et de poussière étoiles explosives environnantes. Mais l’équipe d’étude prévoit désormais d’étudier laquelle de ces causes est la plus courante dans le cosmos.

Les chercheurs s’attendent à trouver des dizaines de supernovas « gazouillantes » similaires au cours des prochaines années, en utilisant le nouveau système opérationnel Observatoire Vera C. Rubin au Chili, qui, selon eux, sera bien adapté pour détecter ces signaux bancaux.