NASA/ESA/J. Hester & A. Loll (Université d’État de l’Arizona
En août 1181, des astronomes en Chine et au Japon ont observé dans le ciel nocturne une “étoile invitée” brillante que nous savons maintenant être une supernova, l’une des quelques supernovas enregistrées dans notre Voie lactée qui étaient visibles à l’œil nu. Il a brillé pendant six mois complets avant de disparaître. Les astronomes n’ont pas été en mesure d’identifier le reste de la source de SN 1181 depuis des siècles, et ce détail est crucial pour déterminer à quelle classe appartient la supernova. Maintenant, une équipe internationale d’astronomes pense avoir identifié cette source comme l’une des étoiles les plus chaudes de la galaxie au sein de la nébuleuse Pa30, selon un nouvel article publié dans l’Astrophysical Journal Letters.
Comme nous l’avons écrit précédemment, il existe deux types de supernova connus, en fonction de la masse de l’étoile d’origine. Une supernova d’effondrement du noyau de fer se produit avec des étoiles massives (plus de dix masses solaires), qui s’effondrent si violemment qu’elles provoquent une énorme explosion catastrophique. Les températures et les pressions deviennent si élevées que le carbone dans le noyau de l’étoile commence à fusionner. Cela arrête l’effondrement du noyau, au moins temporairement, et ce processus se poursuit, encore et encore, avec des noyaux atomiques de plus en plus lourds. Lorsque le combustible s’épuise enfin complètement, le noyau de fer (d’ici là) s’effondre en un trou noir ou une étoile à neutrons.
Ensuite, il y a une supernova thermonucléaire. Les étoiles plus petites (jusqu’à environ huit masses solaires) se refroidissent progressivement pour devenir des noyaux denses de cendres connus sous le nom de naines blanches. Si une naine blanche à court de combustible nucléaire fait partie d’un système binaire, elle peut siphonner la matière de son partenaire, ajoutant à sa masse jusqu’à ce que son noyau atteigne des températures suffisamment élevées pour que la fusion du carbone se produise.
Il existe également des types plus rares de supernovae. L’une des plus anciennes et des plus célèbres “étoiles invitées” a été enregistrée par les astronomes chinois vers le 4 juillet 1054. Elle a été visible en plein jour pendant 23 jours. Les restes forment maintenant la nébuleuse du Crabe. Certains ont émis l’hypothèse que SN 1054 était une supernova dite “à capture d’électrons”, décrite pour la première fois il y a environ 40 ans.
Si tel est bien le cas, SN 1054 a un cousin du 21e siècle. En juin dernier, nous avions signalé qu’une équipe d’astronomes avait identifié une deuxième supernova récente, baptisée SN 2018zd, qui répond à tous les critères d’une supernova à capture d’électrons. Dans ce scénario, une étoile n’est pas assez lourde pour produire une supernova avec effondrement du noyau de fer, mais elle n’est pas assez légère pour empêcher son noyau de s’effondrer complètement. Au lieu de cela, ces étoiles arrêtent le processus de fusion lorsque leurs noyaux sont composés d’oxygène, de néon et de magnésium. Dans ce scénario, les électrons sont engloutis par le néon et le magnésium du noyau, provoquant ainsi la déformation du noyau sous son propre poids. Le résultat final est une supernova.
Selon cette nouvelle analyse, le SN 1181 semble appartenir à une autre catégorie relativement rare connue sous le nom de Type Iax. Elle est liée à la catégorie de type Ia, dans laquelle la supernova est le résultat d’un système stellaire binaire dont l’une des deux étoiles est une naine blanche. En règle générale, la naine blanche siphonne l’hydrogène et l’hélium de son étoile compagne, atteignant finalement une masse critique et explosant, détruisant ainsi la naine blanche. Mais il y a des cas, comme avec SN 2012Z, où la naine blanche ne perd que la moitié de sa masse et laisse derrière elle une étoile zombie comme vestige.
Andreas Ritter et al., 2021
« SN 1181 était jusqu’à présent la seule supernova historique du dernier millénaire sans une certaine contrepartie », ont écrit les auteurs. Pendant des années, le reste candidat le plus probable était un pulsar radio et à rayons X connu sous le nom de 3C-58, qui tourne actuellement environ 15 fois par seconde. Cela signifierait que le pulsar n’a pas perdu beaucoup d’énergie de rotation au cours des 900 dernières années. Le vestige de SN 1054, la nébuleuse du Crabe, en revanche, a perdu environ les deux tiers de son énergie de rotation. Et selon les récents relevés radio de 3C-58, le pulsar est probablement beaucoup plus ancien que SN 1181 et ne pourrait donc pas être le vestige.
Entrez dans la nébuleuse en forme de disque Pa30, découverte pour la première fois par des astronomes en 2013. Pa30 entoure une étoile rare et massive de Wolf-Rayet connue sous le nom d’étoile de Parker. Les auteurs ont déterminé que la poussière et le gaz dans Pa30 s’étendent à plus de 1 100 km/s, et l’équipe a utilisé cette vitesse pour dériver l’âge de la nébuleuse : environ 1 000 ans. Cela en fait un excellent candidat pour le reste de SN 1181.
« Les rapports historiques placent l’étoile invitée entre deux constellations chinoises, Chuanshe et Huagai. L’étoile de Parker correspond bien au poste », a déclaré le co-auteur Albert Zijlstra de l’Université de Manchester. « Cela signifie que l’âge et le lieu correspondent aux événements de 1181. »
Les astronomes avaient précédemment émis l’hypothèse que Pa30 et l’étoile de Parker résultaient de la collision et de la fusion de deux étoiles naines blanches, produisant une supernova de type Iax, et Zijlstra et al.les conclusions de s sont en accord avec cette hypothèse. “Seulement environ 10 pour cent des supernovae sont de ce type et elles ne sont pas bien comprises”, a déclaré Zijlstra. “Le fait que SN1181 était faible mais s’est évanoui très lentement correspond à ce type. C’est le seul événement de ce type où nous pouvons étudier à la fois la nébuleuse restante et l’étoile fusionnée et également avoir une description de l’explosion elle-même. C’est agréable de pouvoir résoudre à la fois un mystère historique et un mystère astronomique.
DOI: Astrophysical Journal Letters, 2021. 10.3847/2041-8213/ac2253 (À propos des DOI).
