On a un peu l’impression que la nouvelle de SF intitulée « Super Neutron », d’Isaac Asimov, devient réalité avec la détection de la source radio VT 1210+4956. Elle serait le produit de l’explosion en supernova d’une étoile géante bleue déclenchée par le fait qu’elle aurait avalé une étoile à neutrons, voire un trou noir.
La majorité des étoiles dans la Voie lactée sont des étoiles doubles, certaines sont triples, voire quadruples comme c’est le cas de Zêta de la Grande Ourse, traditionnellement appelée Mizar. Les astrophysiciens modernes en connaissent la raison. Les étoiles naissent dans des nuages moléculaires poussiéreux qui se fragmentent par effondrement gravitationnel, ce qui veut dire qu’un fragment se fragmente lui-même en donnant justement le plus souvent une étoile double.
Il arrive qu’en fait le système binaire ne soit que faiblement lié et que, peu de temps après sa naissance, les deux astres se séparent. On pense que cela a peut-être été le cas du Soleil qui aurait donc un frère jumeau quelque part dans notre Galaxie, avec un âge et une composition chimique très similaires.
Souvent, dans un système binaire, l’une des étoiles est plus massive que l’autre et elle va évoluer plus vite au point parfois d’exploser en supernovae SN II, laissant derrière elle une étoile à neutrons et parfois un trou noir. La seconde étoile peut avoir le même sort plus tard et on suppose que c’est pour cette raison qu’il existe des systèmes binaires d’étoiles à neutrons et de trous noirs, systèmes dont la découverte se fait notamment lorsqu’ils finissent par entrer en collision et émettent alors copieusement des ondes gravitationnelles que détectent sur Terre des instruments comme Virgo et Ligo.
Il n’est pas rare non plus de trouver une étoile en mode géante rouge dont de la matière est arrachée par les forces de marée gravitationnelle d’un trou noir ou d’une étoile à neutrons qui s’entourent alors d’un disque d’accrétion signalant la présence de l’astre compact par de fortes émissions de rayons X.
La radioastronomie, des pulsars aux objets de Thorne–Żytkow
Au milieu des années 1970, comme Futura l’expliquait dans le précédent article ci-dessous, le futur prix Nobel de Physique Kip Thorne — l’un des pionniers de l’astrophysique relativiste des astres compacts — a publié conjointement avec sa collègue polonaise Anna Zytkow des travaux montrant ce qui pouvait également se passer lorsqu’une étoile à neutrons ou un trou noir dans un système binaire se retrouvaient avalés par une géante ou une supergéante rouge ; le même phénomène peut se produire avec des étoiles célibataires en collision mais uniquement dans des amas stellaires, là où la densité et donc la probabilité de collision entre étoiles n’est pas négligeable comme dans la cas des étoiles de notre Voie lactée.
Une étoile à neutrons pouvait ensuite plonger en spirale vers le cœur de la géante pour former un nouvel objet qui peut être suffisamment stable. On parle alors d’objet de Thorne-Żytkow (TŻO ou TZO). Il peut évoluer au cours du temps en donnant une étoile à neutrons entouré d’un disque d’accrétion ou tout simplement s’effondrer en donnant un trou noir. Jusqu’à présent, deux astres étaient candidats au titre d’objet TZO mais sans que l’on puisse vraiment le prouver.
Une variante de ce scénario, exposée dans un article de Science, semble avoir été identifiée par un groupe de chercheurs ayant utilisé les données collectées en premier par le réseau de radiotélescopes du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA). Le 7 septembre 2017, le VLA a en effet débuté une campagne d’observations au Nouveau-Mexique, destinée à cartographié 80 pour cent du ciel en trois phases sur sept ans, il devrait cataloguer environ 10 millions de radiosources. C’est donc l’une des plus grandes observations radio de tout le ciel depuis 40 ans. Incidemment, c’est aussi grâce à la radioastronomie que l’on a démontré l’existence des étoiles à neutrons en découvrant à la fin des années 1960 les premiers pulsars.
Cette même année 2017, une source radio VT 1210+4956 particulièrement lumineuse, qui ne se trouvait pas sur les précédents catalogues, s’est rapidement signalée aux chercheurs dans le ciel de l’hémisphère Nord observé avec le VLA dans le cadre du Very Large Array Sky Survey (VLASS). Intrigué, ils l’ont regardée aussi dans la bande de longueur d’onde d’un télescope cette fois-ci. Ils en ont conclu qu’elle se trouvait dans la banlieue d’une galaxie naine formant des étoiles et située à environ 480 millions d’années-lumière de la Voie lactée. VT 1210+4956 se trouve clairement associée aussi à une récente source transitoire très lumineuse dans le domaine des rayons X.
Des ondes de choc qui font briller un tore de gaz
En combinant ces informations, une première image à commencé à émerger, celle de l’explosion d’une supernova dont l’onde de choc a fini par rejoindre et entrer en collision avec une coquille de matière émise par l’étoile génitrice de la supernova. L’analyse des données indique que la matière de la coquille a été éjectée par l’étoile il y a environ 300 ans, formant plus précisément un tore. Enfin, c’était la première fois que l’on voyait une association d’une source radio de ce genre avec une émission transitoire mais intense de rayons X.
L’explication la plus probable de toutes ces observations fait donc intervenir un système binaire avec des étoiles massives dont l’un a évolué en devenant une étoile à neutrons ou un trou noir. Il y a environ 300 ans, l’astre compact a commencé à pénétrer dans les couches supérieures de l’étoile compagne, une étoile bleue encore sur la séance principale et qui était destinée à exploser à son tour en supernova.
Toujours en orbite autour du centre de masse du système à l’intérieur de la géante bleue et descendant en spirale vers le cœur de l’étoile, l’astre compact a provoqué une éjection aussi en spirale dans son plan orbital d’une partie du plasma de l’étoile. La matière encore chaude est entrée en expansion en dehors de l’étoile pour former un tore.
Une fois l’astre compact au cœur de l’étoile, il s’est entouré d’un disque d’accrétion et a produit, alors que s’amorçait en réponse l’explosion en supernova, deux jets de matière perçant l’étoile et accompagnés de l’émission transitoire de rayons X. La supernova se serait produite en raison de la déstabilisation du cœur de la géante bleue à l’arrivée de l’astre compact, ce qui aurait perturbé les réactions thermonucléaires et déclencher l’effondrement gravitationnel classique d’une supernova SN II.
Finalement, comme expliqué précédemment, c’est l’onde de choc de l’explosion finissant par rattraper rapidement le tore en expansion qui l’aurait conduit à devenir brillant dans le domaine radio. Tout ce scénario est résumé par le schéma en 4 étapes ci-dessous avec comme astre compact un trou noir.
