Une nouvelle étude des débris laissés après les explosions de deux étoiles supernova suggère que les explosions provenaient d’étoiles sœurs en orbite l’une autour de l’autre. L’explosion de la première étoile a envoyé son compagnon binaire se précipiter dans l’espace, puis, après des milliers d’années de voyage, l’étoile survivante a également explosé.
« En utilisant 16 ans de données Le télescope à rayons gamma Fermi de la NASA“Notre analyse a révélé des rayons gamma associés à un reste de supernova caché dans la lumière vive de sa voisine, la nébuleuse des méduses, l’un des restes de supernova émetteurs gamma les plus brillants connus”, a déclaré Miltiadis Michailidis, chercheur postdoctoral au Département de physique. Université de Stanford En Californie. “Il y a tellement de liens frappants entre les deux restes que nous concluons qu’ils peuvent être liés, fournissant ainsi le premier exemple d’un système binaire dans lequel les deux étoiles sont devenues une supernova.”
Michailidis a présenté ses conclusions mercredi lors de la 248e réunion Société astronomique américaine à Pasadena, en Californie. Un article décrivant les résultats paraîtra dans une prochaine édition de Nature Communications.
L’étude s’est concentrée principalement sur les faibles restes de rayons X de la supernova G189.6+3.3. Il est supérieur à ses voisins plus brillants et plus connus Nébuleuse des méduses (CI 443). Les effondrements des deux étoiles des Gémeaux semblent être en partie une coïncidence, selon les rayons X. Des preuves récentes aux rayons X suggèrent que le plasma chaud associé à G189.6+3.3 pourrait se chevaucher presque complètement.
Une étoile massive explose lorsque son noyau producteur d’énergie est à court de carburant, s’effondrant sous son propre poids et déclenchant une explosion qui déchire l’étoile. L’onde de choc de l’explosion enveloppe les débris chauds et se propage rapidement dans l’espace. Jusqu’à présent, les astronomes ont répertorié environ 300 restes de supernova dans notre galaxie.
La mission Fermi fait partie de la flotte d’observations de la NASA qui surveille l’évolution du cosmos pour aider l’humanité à mieux comprendre le fonctionnement de l’univers. Il y a plus de dix ans, les observations du LAT (Large Array Telescope) de Fermi ont suggéré pour la première fois aux physiciens que les ondes de choc émises par les restes de supernova accélèrent les particules légèrement au-dessus de la vitesse de la lumière. Enrico Fermi – nom de la mission – en 1949.
Ces particules à grande vitesse, appelées rayons cosmiques, interagissent avec le gaz interstellaire pour produire des rayons gamma, la forme de lumière la plus énergétique. Les protons représentent 99 % des particules des rayons cosmiques. Les astronomes recherchent des propriétés spécifiques des rayons gamma pour confirmer que les protons accélérés sont responsables de la lueur. Lorsque les protons des rayons cosmiques frappent le gaz interstellaire, ils créent des particules à courte durée de vie appelées pions neutres, qui se désintègrent immédiatement en paires de rayons gamma. Cette émission se produit dans une bande d’énergie spécifique associée à la masse du pion neutre et se situe dans la plage détectée par l’instrument LAT de Fermi.
En 2013, les observations de Fermi ont confirmé que la nébuleuse des méduses interagissait avec une zone brillante d’hydrogène gazeux connue sous le nom de Sharpless 249. produit des rayons gamma grâce à ce mécanisme. Son voisin, G189.6+3.3, a été découvert en 1994 par des experts dirigés par des Allemands dans le cadre d’une étude aux rayons X. ROSAT (Satellite à rayons X).
Une traînée de gaz claire se trouve entre les restes qui se chevauchent. Les nouvelles observations de cette caractéristique montrent que l’onde de choc de G189.6+3.3 y décélère rapidement en gaz interstellaire dense, fournissant une preuve clé que les deux restes interagissent avec le même système nuageux.
Les astronomes considèrent également la nébuleuse des méduses comme une candidate PévatronLes accélérateurs de particules cosmiques sont capables de propulser les protons à des énergies si élevées qu’ils peuvent presque s’échapper de notre galaxie. Ces particules peuvent produire des rayons gamma avec des énergies des milliards de fois supérieures à celles de la lumière visible. La découverte d’un deuxième accélérateur de particules près de la nébuleuse de la Méduse pourrait donner aux scientifiques de nouveaux indices sur la façon dont les restes de supernova se transforment en PeVatrons.
“Les données des restes superposés, des chaînes de gaz reliantes, de Fermi et d’autres installations nous ont encouragés à explorer cette région complexe mais peu étudiée”, a déclaré l’astrophysicienne française Marian Lemoine-Goumard. Centre national des sciences (CNRS) basé Université de Bordeaux. “Avec l’instrument LAT de Fermi, nous avons découvert une émission de rayons gamma associée à des protons accélérés au nord du résidu faible. Si les deux résidus interagissent avec la même structure, ils devraient être à une distance commune de nous.”
Les restes se trouvent à environ 6 000 années-lumière, leurs centres d’explosion sont séparés par 40 années-lumière dans le ciel et les étoiles d’origine pouvaient avoir une masse de 20 fois ou plus celle du Soleil.
Les estimations de l’âge du fossile varient considérablement, mais la nébuleuse de la Méduse a entre 8 000 et 9 000 ans, tandis que G189.6+3.3 a entre 20 000 et 110 000 ans. Cela signifie que le délai entre les éruptions pourrait atteindre 100 000 ans.
En outre, l’équipe a effectué des simulations informatiques de millions de grands systèmes binaires. Cela suggère que les systèmes qui échangent des corps sur des orbites interstellaires et interagissent tout au long de leur vie peuvent facilement produire des explosions de supernova binaires avec des séparations et des délais similaires à ceux trouvés dans les restes. L’équipe a également estimé que l’alignement spatial observé et la combinaison de distances congruentes étaient une coïncidence à moins de 1 %, ce qui conforte fortement une association physique.
“Les preuves que nous avons rassemblées, notamment les observations spectrales, les propriétés chimiques et physiques des restes, les simulations et bien plus encore, dressent un tableau convaincant de l’événement de supernova binaire”, a déclaré Michailidis.
L’étude identifie un exemple unique de système binaire dans lequel les deux étoiles ont explosé en supernova, laissant derrière elles un reste de supernova distinct et détectable. Selon les astronomes, la plupart des grandes étoiles se forment dans deux systèmes stellaires ou plus. Le complexe Nébuleuse de la Méduse/G189.6+3.3 offre aux astronomes une rare opportunité de voir comment des paires massives d’étoiles évoluent, échangent de la matière, explosent et expérimentent les changements de vitesse provoqués par les explosions de supernova. Il constitue également un nouveau laboratoire puissant pour comprendre comment les restes de supernova agissent pour accélérer les particules, générer des rayons gamma et façonner les environnements.
“Les observations par rayons gamma des restes de supernova de Fermi continuent de révéler la vie dynamique des étoiles”, a déclaré Elizabeth Hayes, scientifique du projet Fermi. Centre de vol spatial Goddard de la NASA dans la ceinture de verdure, dans le Maryland. “Nous pouvons désormais relier les restes lumineux de deux étoiles massives à une paire de puissances qui a évolué ensemble pendant des milliers d’années.”
Par Francis Reddy
Centre de vol spatial Goddard de la NASACeinture de verdure, Maryland.
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Goddard Space Flight Center de la NASA, Greenbelt, Maryland.