Webb détecte des indices d’une étoile à neutrons au centre de la supernova 1987A

L’annonce de la NASA, publiée le 22 février 2024, présente des observations du télescope spatial James Webb qui fournissent à ce jour les indices les plus solides d’une émission provenant d’un objet compact récemment formé à l’emplacement de la supernova SN 1987A. La supernova s’est produite à environ 160 000 années-lumière, dans le Grand Nuage de Magellan, et a été observée pour la première fois depuis la Terre en février 1987.

SN 1987A était une supernova à effondrement de cœur : selon l’explication de l’équipe, ce type d’explosion laisse au centre un objet compact, une étoile à neutrons ou un trou noir. Les astronomes ont recherché des indices de la présence de cet objet dans la matière en expansion qui subsistait après l’explosion. Le travail présenté par la NASA fait état de signes de rayonnement de haute énergie associés au centre du rémanent, et les chercheurs estiment que ce rayonnement est probablement produit par une jeune étoile à neutrons.

De l’argon ionisé dans la matière éjectée

Les observations à l’origine de ce résultat ont été réalisées le 16 juillet 2022, parmi les premières menées par Webb pour étudier ce rémanent. L’équipe a utilisé le mode spectroscopique à résolution moyenne de l’instrument MIRI, qui observe dans l’infrarouge moyen. Un spectrographe sépare la lumière en fonction de ses longueurs d’onde ; le mode utilisé permet d’obtenir un spectre pour chaque pixel et d’examiner la variation de l’émission à travers l’objet.

L’analyse a détecté un signal intense d’argon ionisé au centre de la matière éjectée entourant le lieu de l’explosion. Des observations ultérieures avec NIRSpec, le spectrographe de Webb dans le proche infrarouge, ont révélé des éléments encore plus ionisés, en particulier de l’argon auquel il manque cinq de ses 18 électrons. La production de ces ions exige des photons très énergétiques. À partir de cette nécessité, l’équipe conclut qu’une source de rayonnement de haute énergie doit se trouver au centre du rémanent.

Pourquoi cela indique la présence d’une étoile à neutrons

Environ deux heures avant la première observation de SN 1987A en lumière visible, trois observatoires ont détecté une bouffée de neutrinos qui a duré quelques secondes. Ce signal et la supernova ont été associés au même événement et ont apporté des éléments importants en faveur de la théorie de l’effondrement du cœur, qui prévoit la formation d’une étoile à neutrons ou d’un trou noir. Ces dernières années, des indices indirects de la présence d’une étoile à neutrons dans le rémanent avaient également été relevés, mais le communiqué décrit les nouvelles observations comme la première détection des effets du rayonnement de haute énergie de l’objet jeune probable.

L’équipe a examiné différentes explications du rayonnement capable d’ioniser l’argon et indique que seules quelques-unes semblent plausibles ; elles impliquent toutes une étoile à neutrons nouvellement née. La découverte étaye donc cette interprétation, mais l’identification de l’objet est présentée comme probable. La note de la NASA rapporte également que l’équipe espère que de nouvelles observations permettront de mieux comprendre ce qui se passe exactement au centre de SN 1987A.

Un rémanent observé au fil de son évolution

SN 1987A compte parmi les supernovas récentes les plus proches et les plus jeunes identifiées, et ses vestiges continuent d’évoluer rapidement. L’explosion a été observée en février 1987 et sa luminosité a atteint son maximum en mai de la même année. Cette évolution sur plusieurs décennies donne aux astronomes l’occasion d’étudier en temps réel certains aspects d’une explosion stellaire et de son rémanent.

L’annonce précise que les résultats ont été publiés dans la revue Science. Webb est une mission internationale dirigée par la NASA, en partenariat avec l’Agence spatiale européenne (ESA) et l’Agence spatiale canadienne. Dans le cadre de l’étude, MIRI a fourni les observations infrarouges de l’argon et NIRSpec les observations ultérieures à des longueurs d’onde plus courtes.

La principale conclusion est que le centre du rémanent contient une source de rayonnement capable de produire les ions observés. Selon les modèles examinés par les chercheurs, une étoile à neutrons nouvellement née est l’explication la plus probable ; l’équipe espère que le suivi des observations permettra de préciser la nature de l’émission.