Les scientifiques ont peut-être vu une étoile s’effondrer directement dans un trou noir sans exploser au préalable

La théorie montre que les étoiles peuvent s’effondrer directement dans des trous noirs sans exploser au préalable en supernovae. En fait, cela devrait être un phénomène relativement courant. Mais malgré cela, les astronomes n’ont trouvé que peu de preuves observationnelles pour étayer cette thèse.

Mais cela est peut-être arrivé chez notre voisin, le Galaxie d’Andromède, et les astronomes l’ont presque manqué.

En 2014, l’explorateur d’enquêtes infrarouges à large champ d’objets géocroiseurs de la NASA (NÉOWISE) a observé une étoile d’Andromède devenant plus lumineuse dans l’infrarouge. Ces observations étaient contenues dans les données collectées par le télescope et n’ont été découvertes que récemment. Une équipe d’astronomes filtrait les données de NEOWISE à la recherche de sources variables et a découvert M31-2014-DS1, une étoile supergéante d’Andromède qui semble s’être effondrée directement dans un trou noir.

Les résultats sont présentés dans une recherche intitulée « Disparition d’une étoile massive dans la galaxie d’Andromède due à la formation d’un trou noir« . Il est publié dans la revue Science et l’auteur principal est Kishalay Deprofesseur d’astronomie à l’Université de Columbia.

Les chercheurs ont examiné des images séquentielles de M31 à la recherche de sources variables. Les images ont été prises tous les 6 mois de 2009 à 2022. « En utilisant les observations cadencées sur six mois de 2009 à 2022, nous avons recherché des transitoires lumineux du MIR qui accompagneraient des éruptions stellaires poussiéreuses telles que l’échec du SNe », expliquent-ils. Ils ont trouvé M31-2014-DS1 et, sur une période de deux ans commençant en 2014, la source a augmenté son flux infrarouge moyen de 50 %.

Après deux années d’éclaircissement, il est tombé en dessous de son flux initial en un an. La disparition s’est poursuivie jusqu’en 2022.

« Cela a probablement été la découverte la plus surprenante de ma vie », a déclaré l’auteur principal De dans un communiqué de presse. « La preuve de la disparition de la star se trouvait dans les archives publiques et personne ne l’a remarqué pendant des années jusqu’à ce que nous la remarquions. »

La région est bien observée par d’autres télescopes terrestres et spatiaux, et les chercheurs ont utilisé ces observations pour récupérer les courbes de lumière optique de l’objet. Entre 2016 et 2019, sa lumière optique s’est estompée d’un facteur d’environ 100. L’objet était indétectable lors d’observations optiques au sol en 2023.

Le Hubble l’a photographié en 2022 et n’a rien trouvé dans l’optique, et seulement une faible source dans le proche infrarouge (NIR). Des observations et spectroscopies de suivi NIR en 2023 avec le Keck ont confirmé une faible source NIR.

« La disparition dramatique et soutenue de cette étoile est très inhabituelle et suggère une supernova ne s’est pas produit, ce qui a conduit à l’effondrement du noyau de l’étoile directement dans un trou noir », a expliqué De.

Qu’une étoile s’effondre ou non directement dans un trou noir sans exploser comme une supernova dépend de neutrinosselon les auteurs. Lorsqu’une étoile massive atteint la fin de sa vie, son rayonnement vers l’extérieur ne peut plus supporter sa propre masse. Le noyau de l’étoile s’effondre et libère des neutrinos, qui provoquent une onde de choc dans les couches externes de l’étoile, son enveloppe stellaire.

Si le choc est suffisamment fort, l’enveloppe est éjectée et l’étoile explose en supernova. « Si le choc ne parvient pas à l’éjecter, l’enveloppe devrait retomber sur le noyau qui s’effondre, produisant un trou noir de masse stellaire (BH) et provoquant la disparition de l’étoile », écrivent les chercheurs.

L’étoile a commencé avec environ 13 masses solaires. À sa mort, il n’avait qu’environ 5 masses solaires. Il avait perdu la majeure partie de sa masse sous l’effet de ses puissants vents stellaires.

« On a longtemps supposé que les étoiles ayant cette masse exploseraient toujours sous forme de supernovae », a déclaré De. « Le fait que ce ne soit pas le cas suggère que les étoiles ayant la même masse peuvent ou non exploser avec succès, probablement en raison de la façon dont la gravité, la pression du gaz et les puissantes ondes de choc interagissent de manière chaotique les unes avec les autres à l’intérieur de l’étoile mourante. »

Les astronomes connaissent un autre candidat à un trou noir à effondrement direct. Il a été observé en 2010 dans NGC 6946, une galaxie spirale de grande conception située à environ 25 millions d’années-lumière. Mais c’est environ 10 fois plus éloigné que M31-2014-DS1. Le candidat est nommé N6946-BH1et son ancêtre était aussi une étoile supergéante. Il s’épanouit en luminosité puis s’estompe lentement, tout comme l’objet d’Andromède.

Malheureusement, comme N6946-BH1 est si loin, il était beaucoup plus faible et les données d’observation ne sont pas d’aussi bonne qualité que celles de M31-2014-DS1. Mais avec cette nouvelle découverte, le N6946-BH1 redevient d’actualité.

« Nous savions que les trous noirs devaient provenir des étoiles. Avec ces deux nouveaux événements, nous pouvons observer cela se produire et en apprendre énormément sur le fonctionnement de ce processus en cours de route », a déclaré Morgane MacLeodmaître de conférences en astronomie à Harvard et co-auteur de l’article.

Il a fallu beaucoup d’efforts pour trouver M31-2014-DS1. Ce travail est la plus grande étude jamais réalisée sur les sources infrarouges variables. Ils ont observé les populations stellaires de la Voie lactée et d’autres galaxies voisines à la recherche d’objets comme celui-ci, et n’en ont trouvé qu’un seul. Alors que les supernovae sont difficiles à manquer et annoncent leur présence avec des mois de luminosité extrême, les trous noirs à effondrement direct sont le contraire.

« Contrairement à la recherche de supernovae, qui est facile car la supernova surpasse toute sa galaxie pendant quelques semaines, trouver des étoiles individuelles qui disparaissent sans produire d’explosion est remarquablement difficile », a déclaré De.

Les astronomes ont failli rater celui-ci, enfoui sous des monticules de données astronomiques. La question est : combien y en a-t-il d’autres ? Dans quelle mesure sont-ils courants ?

« C’est un choc de savoir qu’une étoile massive a pratiquement disparu (et est morte) sans explosion et que personne ne l’a remarquée pendant plus de cinq ans », a déclaré De. « Cela a un impact réel sur notre compréhension de l’inventaire des morts stellaires massives dans l’univers. Cela suggère que ces choses peuvent se produire discrètement et passer facilement inaperçues. »

Comme pour de nombreuses questions en astronomie et en astrophysique, seuls un échantillon plus grand et de meilleures observations peuvent faire progresser notre compréhension de ces trous noirs à effondrement direct. Le Observatoire Vera Rubin a le potentiel d’en trouver beaucoup plus dans son Legacy Survey of Space and Time, qui s’étend sur une décennie.

Le version originale de cet article a été publié le L’univers aujourd’hui.

Anissa Chauvin

Je m'appelle Anissa, rédactrice passionnée au cœur battant pour Reveil Citoyen Media. Mon parcours, de la plume lycéenne aux salles de rédaction, est guidé par une curiosité insatiable et le désir ardent de révéler les vérités cachées. Chaque article que je rédige est une invitation à réfléchir, à questionner et, surtout, à agir pour un monde meilleur.