Les astronomes ont découvert ce qui pourrait être une étoile massive qui explose tout en essayant d'avaler un compagnon de trou noir, offrant une explication à l'une des explosions stellaires les plus étranges jamais vues.
La découverte a été faite par une équipe dirigée par le Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CFA) et le Massachusetts Institute of Technology (MIT) dans le cadre de l'expérience Young Supernova. Les résultats sont publiés dans Le journal astrophysique.
L'explosion, nommée SN 2023ZKD, a été découverte pour la première fois en juillet 2023 par l'installation transitoire de Zwicky. Un nouvel algorithme d'IA conçu pour rechercher des explosions inhabituelles en temps réel a d'abord détecté l'explosion, et cette alerte précoce a permis aux astronomes de commencer immédiatement les observations de suivi – une étape essentielle dans la capture de l'histoire complète de l'explosion. Au moment où l'explosion était terminée, elle avait été observée par un grand ensemble de télescopes, à la fois sur le sol et dans l'espace.
Les scientifiques pensent que l'interprétation la plus probable est que l'étoile massive a été enfermée dans une orbite mortelle avec le trou noir. Alors que l'énergie était perdue de l'orbite, leur séparation a diminué jusqu'à ce que la supernova soit déclenchée par la contrainte gravitationnelle de l'étoile alors qu'elle avalait partiellement le trou noir.
« Notre analyse montre que l'explosion a été déclenchée par une rencontre catastrophique avec un compagnon de trou noir, et est la preuve la plus forte dater que des interactions aussi étroites peuvent réellement faire exploser une étoile », a déclaré Alexander Gagliano, auteur principal de l'étude et boursier à l'Institut NSF d'intelligence artificielle et d'interactions fondamentales.
« Notre système d'apprentissage automatique a signalé SN 2023ZKD des mois avant son comportement le plus inhabituel, ce qui nous a donné suffisamment de temps pour garantir les observations critiques nécessaires pour démêler cette explosion extraordinaire. »
Une interprétation alternative considérée par l'équipe est que le trou noir a complètement déchiré l'étoile avant qu'il ne puisse exploser seul. Dans ce cas, le trou noir a rapidement tiré dans les débris de l'étoile et l'émission de supernova a été générée lorsque les débris se sont écrasés dans le gaz qui l'entoure. Dans les deux cas, un seul trou noir plus lourd est laissé derrière.
Situé à environ 730 millions d'années-lumière de la Terre, SN 2023ZKD ressemblait initialement à une supernova typique, avec une seule explosion de lumière. Mais alors que les scientifiques ont suivi son déclin sur plusieurs mois, il a fait quelque chose d'inattendu: il s'est encore éclairci. Pour comprendre ce comportement inhabituel, les scientifiques ont analysé les données d'archives, qui ont montré quelque chose de plus inhabituel: le système s'éclairait lentement depuis plus de quatre ans avant l'explosion. Ce type d'activité à long terme avant l'explosion est rarement observé dans les supernovae.
Une analyse détaillée a révélé que la lumière de l'explosion a été façonnée par le matériel que l'étoile avait lancée dans les années précédant sa mort. L'éclaircissement précoce est venu de la vague de souffle de la supernova frappant le gaz à basse densité. Le deuxième pic retardé a été causé par une collision plus lente mais soutenue avec un nuage épais en forme de disque. Cette structure – et le comportement erratique pré-explosion de l'étoile – suggèrent que l'étoile mourante était sous une contrainte gravitationnelle extrême, probablement à partir d'un compagnon compact à proximité comme un trou noir.
« 2023ZKD montre certains des signes les plus clairs que nous ayons vus d'une étoile massive interagissant avec un compagnon dans les années précédant l'explosion », a déclaré V. Ashley Villar, professeur adjoint d'astronomie de la CFA à la Faculté des arts et des sciences de Harvard et co-auteur de l'étude. « Nous pensons que cela pourrait faire partie d'une classe entière d'explosions cachées que l'IA nous aidera à découvrir. »
« Cette découverte montre à quel point il est important d'étudier comment les étoiles massives interagissent avec les compagnons à l'approche de la fin de leur vie », a déclaré Gagliano. « Nous savons depuis un certain temps que la plupart des étoiles massives sont dans des binaires, mais en attraper une dans l'acte d'échanger de la masse peu de temps avant son explosion est incroyablement rare. »
Avec l'Observatoire Vera C. Rubin a récemment dévoilé ses premières images et se préparer à étudier tout le ciel toutes les quelques nuits, cette découverte a un aperçu de ce qui va arriver. De nouveaux observatoires puissants, combinés à des systèmes d'IA en temps réel, permettra bientôt aux astronomes de découvrir de nombreuses explosions rares et complexes et commenceront à cartographier comment les étoiles massives vivent et meurent dans les systèmes binaires.
L'expérience Young Supernova continuera de compléter Rubin en utilisant les télescopes Pan-Starrs1 et Pan-Starrs2 pour identifier les supernovae peu de temps après l'explosion. Cette approche offre un moyen rentable d'étudier l'univers dynamique à proximité.
« Nous entrons maintenant dans une époque où nous pouvons automatiquement prendre ces événements rares au fur et à mesure qu'ils se produisent, pas seulement après coup », a déclaré Gagliano. « Cela signifie que nous pouvons enfin commencer à connecter les points entre la façon dont une étoile vit et la façon dont elle meurt, et c'est incroyablement excitant. »
Les auteurs ont utilisé des données d'un grand nombre de télescopes, notamment Neil Gehrels Swift Observatoire de la NASA, le télescope de l'étude panoramique et le système de réponse rapide, le dernier système d'alerte d'astéroïde à impact terrestre et une suite de télescopes à travers les observatoires Magellan, MMT et Las Cumbres. La jeune expérience Supernova est une collaboration entre l'Université de Californie Santa Cruz, le Dark Cosmology Center, l'Université de l'Illinois, et les principaux enquêteurs Vivienne Baldassare (Washington State University), Maria Dout (Université de Toronto), Kaisey Mandel (Cambridge University) et V. Ashley Villar (Harvard).
