La plupart des étoiles massives de l’univers naissent en paires ou en trios. Elles orbitent les unes autour des autres, échangent de la matière et finissent par exploser. Logiquement, les supernovas binaires devraient être courantes. Pourtant, jusqu’à présent, personne n’avait jamais trouvé une paire d’étoiles jumelles ayant toutes deux explosé en supernova.
La raison est simple : la première explosion est si brillante qu’elle masque tout ce qui l’entoure. Son nuage de débris en expansion domine le ciel dans cette région pendant des milliers d’années. Trouver un deuxième rémanent plus faible à côté nécessite des instruments assez sensibles pour détecter ce que l’éclat cache.
Une équipe dirigée par Miltiadis Michailidis de l’Université Stanford en a maintenant trouvé un, en utilisant 16 années de données du télescope spatial Fermi à rayons gamma. La découverte, publiée dans Nature Communications, résout une énigme qui préoccupait les astronomes depuis le développement des premiers modèles d’étoiles binaires.
Deux explosions dans la même pouponnière stellaire
La cible était IC 443, connue sous le nom de nébuleuse de la Méduse, un rémanent de supernova bien étudié situé à environ 5 000 années-lumière. À côté, des observations antérieures aux rayons X de eROSITA avaient détecté une coquille de plasma plus faible, chauffée à plus de 8 millions de degrés Celsius. Désignée G189.6+3.3, cette deuxième coquille avait la signature thermique d’un rémanent de supernova mais manquait du signal radio nécessaire à la confirmation.
Michailidis et son équipe ont analysé les données gamma de Fermi, recherchant une émission à haute énergie qui confirmerait une deuxième explosion. Ils ont trouvé une lueur gamma complexe suivant la coquille X, mais avec une particularité : la partie nord de la coquille émettait des rayons gamma provenant de protons accélérés interagissant avec un nuage dense d’hydrogène, tandis que le reste émettait des rayons gamma provenant d’électrons accélérés. Ce double mécanisme correspondait à l’interaction connue de la nébuleuse de la Méduse avec la même région d’hydrogène, confirmant que les deux rémanents étaient des voisins physiques, et non une coïncidence de projection.
Des simulations informatiques ont reconstitué la séquence probable. Deux étoiles massives orbitaient l’une autour de l’autre. La première a explosé, éjectant l’étoile survivante. La seconde s’est suffisamment éloignée pour que, lors de sa détonation, ses débris ne fusionnent pas avec le premier rémanent. Les deux explosions se sont produites à quelques milliers à quelques dizaines de milliers d’années d’intervalle, un clin d’œil à l’échelle cosmique.
Une nouvelle fenêtre sur la violence stellaire
La découverte offre aux astronomes quelque chose qu’ils n’ont jamais eu : une mesure directe du moment et de la distance entre deux supernovas issues du même système binaire. Cela permet les premiers calculs empiriques de la propagation de l’énergie des supernovas à travers le milieu environnant, plutôt que de se fier uniquement aux modèles théoriques.
Mikako Matsuura de l’Université de Cardiff, qui n’a pas participé à l’étude, a qualifié le décalage temporel entre les deux événements de « délai astronomique raisonnablement court », suffisamment proche pour que le même nuage de gaz soit encore présent lorsque les deux étoiles ont explosé.
L’équipe prévoit de rechercher d’autres rémanents de supernovas binaires, en utilisant la même technique gamma pour percer l’éclat des supernovas connues et découvrir des partenaires cachés.
Traduit par Lydie