La renaissance de l'histoire : la renaissance inattendue de la supernova 1181

Une étoile temporaire insaisissable décrite dans des documents historiques recréés à l'aide d'un nouveau modèle informatique montre qu'elle a peut-être récemment commencé à générer des vents stellaires.

Un reste de supernova de 1181, issu de la collision de deux naines blanches, a été analysé à l'aide de données historiques et de l'astronomie moderne. La découverte dans la constellation de Cassiopée révèle une structure complexe avec de nouveaux vents stellaires, indiquant peut-être un rallumage de l'étoile restante. Cette approche interdisciplinaire permet de mieux comprendre la dynamique des phénomènes stellaires.

Impression d'artiste de deux nain blanc Les supernovae de type Ia sont similaires aux supernovae de type Iax, car elles se produisent lorsque deux naines blanches entrent en collision, mais elles sont plus brillantes et l'explosion détruit complètement les étoiles. Les supernovae de type Iax, comme SN 1181, où une naine blanche reste, sont plus rares. Crédit : ESO/L. Calçada

Le mystère de la supernova dévoilé

Pour la première fois, un mystérieux vestige d’un type rare de supernova enregistré en 1181 a été expliqué. Deux naines blanches sont entrées en collision, créant une « étoile invitée » temporaire, désormais appelée supernova (SN) 1181, qui a été enregistrée dans des documents historiques au Japon et ailleurs en Asie. Cependant, après que l’étoile a diminué de luminosité, son emplacement et sa structure sont restés un mystère jusqu’à ce qu’une équipe localise son emplacement en 2021.

Grâce à la modélisation informatique et à l'analyse observationnelle, les chercheurs ont désormais pu recréer la structure de la naine blanche restante, un phénomène rare, expliquant sa formation par double choc. Ils ont également découvert que des vents stellaires à grande vitesse ont peut-être commencé à souffler depuis sa surface au cours des 20 à 30 dernières années seulement. Cette découverte améliore notre compréhension de la diversité des explosions de supernovae et souligne les avantages de la recherche interdisciplinaire, combinant l'histoire et l'astronomie moderne pour permettre de nouvelles découvertes sur notre galaxie.

Ces images montrent les deux régions de choc du reste de SNR 1181. Le blanc brillant au centre est la naine blanche. Crédit : 2024 T. Ko, H. Suzuki, K. Kashiyama et al./ The Astrophysical Journal

Contexte historique et observations

Nous sommes en 1181 et la guerre de Genpei (1180-1185) vient de commencer au Japon. Elle va entraîner un déplacement du pouvoir politique des familles aristocratiques vers le nouveau shogunat militaire, qui s'établira dans la ville côtière de Kamakura, près de l'actuelle Tokyo. Un compte-rendu de cette période tumultueuse a été compilé sous forme de journal dans l'Azuma Kagami. Il relate non seulement la vie des gens et les événements clés (avec des variantes précision), mais d’autres observations quotidiennes, notamment l’apparition d’une nouvelle étoile.

« Il existe de nombreux témoignages sur cette étoile invitée temporaire dans les archives historiques du Japon, de Chine et de Corée. À son apogée, la luminosité de l'étoile était comparable à celle de Saturne« Elle est restée visible à l'œil nu pendant environ 180 jours, jusqu'à ce qu'elle disparaisse progressivement de la vue. Le vestige de l'explosion SN 1181 est désormais très ancien, il est donc sombre et difficile à trouver », a expliqué l'auteur principal Takatoshi Ko, doctorant au département d'astronomie de l'université de Tokyo.

Cette illustration retrace l'évolution du reste de SNR 1181, depuis sa création lors de la fusion d'une naine blanche à base de carbone-oxygène et d'une naine blanche à base d'oxygène-néon, jusqu'à la formation de ses deux régions de choc. Crédit : 2024 T. Ko

Découverte et analyse du SNR 1181

Le reste de cette étoile invitée, appelé reste de supernova (SNR) 1181, aurait été créé par la collision de deux étoiles extrêmement denses de la taille de la Terre, appelées naines blanches. Cela a créé un type rare de supernova, appelée supernova de type Iax, qui a laissé derrière elle une naine blanche unique, brillante et à rotation rapide. Aidés par les observations de sa position notées dans le document historique, les astrophysiciens modernes ont finalement localisé son emplacement en 2021 dans une nébuleuse vers la constellation de Cassiopée.

En raison de sa nature rare et de sa localisation dans notre galaxie, SNR 1181 a fait l'objet de nombreuses recherches observationnelles. Celles-ci suggèrent que SNR 1181 est constituée de deux régions de choc, une région externe et une région interne. Dans cette nouvelle étude, le groupe de recherche a analysé les dernières données de rayons X pour construire un modèle informatique théorique permettant d'expliquer ces observations, et qui a recréé la structure jusqu'alors inexpliquée de ce reste de supernova.

Les défis de la compréhension des propriétés des supernovae

Le principal défi était que, selon la théorie classique, lorsque deux naines blanches entrent en collision de cette manière, elles devraient exploser et disparaître. Or, cette fusion a laissé derrière elle une naine blanche. On s’attendait à ce que la naine blanche en rotation génère un vent stellaire (un flux rapide de particules) immédiatement après sa formation. Mais les chercheurs ont découvert autre chose.

« Si le vent avait commencé à souffler immédiatement après la formation de SNR 1181, nous n'aurions pas pu reproduire la taille observée de la région de choc interne », a déclaré Ko. « Cependant, en considérant le moment de l'apparition du vent comme variable, nous avons réussi à expliquer avec précision toutes les caractéristiques observées de SNR 1181 et à démêler les mystérieuses propriétés de ce vent à grande vitesse. Nous avons également pu suivre simultanément l'évolution temporelle de chaque région de choc, en utilisant des calculs numériques. »

Recherches futures et contributions interdisciplinaires

L'équipe a été très surprise de constater que, selon leurs calculs, le vent n'a peut-être commencé à souffler que très récemment, au cours des 20 à 30 dernières années. Ils suggèrent que cela pourrait indiquer que la naine blanche a recommencé à brûler, peut-être en raison d'une partie de la matière rejetée par l'explosion observée en 1181 qui est retombée à sa surface, augmentant sa densité et sa température au-delà d'un seuil permettant de redémarrer la combustion.

Pour valider leur modèle informatique, l'équipe se prépare maintenant à observer davantage SNR 1181 en utilisant le radiotélescope Very Large Array (VLA) basé dans l'État central du Nouveau-Mexique aux États-Unis, et le télescope Subaru de classe 8,2 mètres dans l'État américain d'Hawaï.

« La capacité de déterminer l’âge des restes de supernova ou leur luminosité au moment de leur explosion grâce à des perspectives archéologiques est un atout rare et inestimable pour l’astronomie moderne », a déclaré Ko. « De telles recherches interdisciplinaires sont à la fois passionnantes et soulignent l’immense potentiel de la combinaison de divers domaines pour découvrir de nouvelles dimensions des phénomènes astronomiques. »

Financement : Cette recherche a utilisé des données et des logiciels fournis par le Centre de recherche des archives scientifiques en astrophysique des hautes énergies (HEASARC), qui est un service de la Division des sciences astrophysiques de l'Université de Californie à Berkeley. NASA/GSFC. Ce travail a été soutenu financièrement par la Japan Society for the Promotion of Science Grants-in-Aid for Scientific Research (KAKENHI) Grant Numbers JP24KJ0672(TK), JP21J00031 (HS), JP24K00668 (KK), JP20K04010 (KK), JP20H01904 (KK), JP22H00130 (KK), JP22H01265 (HU), JP19H01936 (TT), JP21H04493 (TT), JP20K14512 (KF), JP23H01211 (AB), JP22K03688 (TS), JP22K03671 (TS) et JP20H05639 (TS). DT est soutenu par la bourse postdoctorale Sherman Fairchild du California Institute of Technology. TK est soutenu par le programme RIKEN Junior Research Associate.