En utilisant une combinaison de télescopes, les astronomes ont caractérisé la supernova la plus proche liée à un transitoire de rayons X rapide. Les observations révèlent que ces explosions brillantes de radiographies peuvent être le résultat d'une mort explosive « échouée » d'une étoile massive. Les télescopes comprenaient l'Observatoire international des Gémeaux, exploité par NSF Noirlab, et le télescope SOAR à Cerro Tololo Inter-American Observatory au Chili, un programme de NSF Noirlab.
Depuis leur première détection, de puissants éclats de rayons X à partir de galaxies éloignés, connus sous le nom de transitoires rapides des rayons X (FXT), ont des astronomes mystifiés. Les FXT ont historiquement été des événements insaisissables, se produisant à de grandes distances loin de la Terre et ne durant que des secondes à des heures. La sonde Einstein (EP), lancée en 2024, est consacrée à l'observation des événements transitoires dans la radiographie et change le jeu pour les astronomes qui cherchent à comprendre l'origine de ces événements exotiques.
En janvier 2025, l'EP a alerté les astronomes du FXT le plus proche connu à l'époque, nommé EP 250108A. Sa proximité avec la Terre (2,8 milliards d'années-lumière de distance) a fourni une opportunité sans précédent pour des observations détaillées du comportement évolutif de l'événement.
Après la détection initiale de l'EP 250108A, une grande équipe internationale d'astronomes a accédé à l'action pour capturer son signal en plusieurs longueurs d'onde. Le spectrographe Flamingos-2 sur le télescope South Gemini, la moitié de l'observatoire international des Gémeaux, a fourni des données proches infrarouges, tandis que le spectrographe multi-objet Gemini (OGM) sur le télescope North Gemini a fourni un optique optique.
Les capacités de réponse rapide de Gemini ont permis à l'équipe de pointer rapidement l'emplacement de l'EP 250108A où ils ont trouvé les conséquences brillantes de la mort explosive d'une étoile massive, connue sous le nom de supernova.
Grâce à l'analyse du signal en évolution rapide de l'EP 250108A au cours des six premiers jours suivant la détection initiale, l'équipe a constaté que ce FXT est probablement une variation « échouée » d'une rafale de rayons gamma (GRB). Les GRB sont les explosions les plus puissantes de l'univers et ont été observées précédant les supernovae. Au cours de ces événements, des geysers violents de particules à haute énergie traversent les couches externes d'une étoile alors qu'elle s'effondre sur elle-même. Ces jets coulent à presque la vitesse de la lumière et sont détectables par leur émission de rayons gamma.
EP 250108A apparaît similaire à une explosion basée sur le jet, mais dans lequel les jets ne brisent pas les couches externes de l'étoile mourante et restent plutôt piégées à l'intérieur. Alors que les jets étouffés interagissent avec les couches externes de l'étoile, ils décélèrent et leur énergie cinétique est convertie en rayons X détectés par sonde Einstein.
« Cette supernova FXT est presque un jumeau de supernovae passés qui a suivi les GRB », explique Rob Eyles-Ferris, chercheur postdoctoral à l'Université de Leicester et auteur principal de l'un des deux articles compagnons présentant ces résultats, pour apparaître dans Les lettres de journal astrrophysique. « Nos observations des premiers stades de l'évolution de l'EP 250108A montrent que les explosions d'étoiles massives peuvent produire les deux phénomènes. » Les deux papiers sont disponibles sur le arxiv serveur de préimprimée.
Bien que ces observations à un stade précoce donnent un aperçu des mécanismes stimulant le FXT, une surveillance à plus long terme de l'événement est nécessaire pour reconstituer les caractéristiques de l'étoile progénitrice. L'équipe a donc continué à observer EP 250108A au-delà des six premiers jours, en regardant les émissions de jet piégé s'estompé et le signal optique de sa supernova associée, SN 2025kg, a dominé les spectres.
« Les données sur les rayons X ne peuvent pas nous dire quels phénomènes ont créé le FXT », explique Jillian Rastinejad, Ph.D. Étudiant à la Northwestern University et auteur principal du deuxième journal compagnon. « Notre campagne de surveillance optique de l'EP 250108A a été essentielle pour identifier les conséquences du FXT et assembler les indices sur son origine. »
À l'emplacement de EP 250108A, l'équipe a observé une augmentation de la luminosité optique qui a duré quelques semaines avant la décoloration, ainsi que des spectres contenant de larges lignes d'absorption. Ces caractéristiques indiquent que le FXT est associé à une supernova à lignes large de type IC.
Les observations proches infrarouges du télescope de recherche astrrophysique sud de 4,1 mètres (SOAR) à l'Observatoire interaméricain (CTIO) du NSF Cerro Tololo ont en outre contribué à limiter la luminosité maximale de la supernova, offrant plus d'indices sur ce à quoi ressemblait l'étoile progénitrice. L'équipe estime que la star dont la mort a déclenché EP 250108A et sa supernova associée avait une masse d'environ 15 à 30 fois celle du soleil.
« Notre analyse montre définitivement que les FXT peuvent provenir de la mort explosive d'une étoile massive », explique Rastinejad. « Il soutient également un lien causal entre GRB-Supernova et FXT-Supernoa, dans lequel les GRB sont produits par des jets réussis et les FXT sont produits par des jets piégés ou faibles. »
Ensemble, les papiers compagnons de l'équipe présentent l'ensemble de données le plus détaillé à ce jour d'une supernova accompagnant un EP FXT. Leur analyse combinée indique que les jets « échoués » associés aux FXT sont plus courants dans les explosions d'étoiles massives que les jets « réussis » associés aux GRB. Depuis le lancement de EP, les FXT ont été détectés plusieurs fois par mois. Pendant ce temps, les détections GRB ont historiquement été rares, survenant environ une fois par an.
« Cette découverte annonce une compréhension plus large de la diversité de la mort des étoiles massives et un besoin d'enquêtes plus profondes sur tout le paysage de l'évolution stellaire », explique Eyles-Ferris.
La compréhension des astronomes des étoiles sera considérablement élargie par l'observatoire NSF – Doe Vera C. Rubin à venir. Son étude héritée de décennie sur l'espace et le temps (LSST) fournira aux astronomes d'immenses quantités de données détaillées dans le domaine du temps sur les explosions stellaires, révélant le fonctionnement interne des FXT et de nombreux autres événements stellaires exotiques.
« L'Observatoire international des Gémeaux combine des capacités de réponse rapide avec une sensibilité de pointe aux sources faibles et lointaines », explique Martin Still, directeur du programme NSF pour l'Observatoire international des Gémeaux. « Cela optimise les Gémeaux pour être une machine de suivi de premier plan pour les alertes d'événements explosives à partir de détecteurs d'ondes et de particules gravitationnels, les enquêtes à l'espace et la prochaine étude de l'héritage de l'espace et du temps par l'observatoire NSF-Doe Vera C. Rubin. »
