Des chercheurs ont récemment révélé un phénomène fascinant au cœur de la Galaxie d’Andromède, où une étoile géante a disparu sans exploser en supernova, mais plutôt s’est transformée en un trou noir. Cette découverte soulève des questions sur les processus de la mort stellaire.
Illustration d’une étoile tandis que son noyau s’effondre en un trou noir. Crédit : Keith Miller, Caltech/IPAC – SELab
Au cœur de la magnifique Galaxie d’Andromède, des chercheurs ont découvert un phénomène intrigant unique en son genre : la mort silencieuse d’une étoile géante, devenue un trou noir sans passer par l’explosion d’une supernova. Habituellement, lorsque meurt une étoile géante, comme l’explique la NASA, cela donne naissance à l’un des événements les plus énergétiques connus dans l’univers, une supernova, une explosion massive déclenchée par le collapsus gravitationnel du noyau, résultant de l’épuisement du « carburant » nécessaire à la fusion nucléaire. Ce processus provoque une onde de choc immense, rendant le phénomène plus lumineux que la galaxie elle-même pendant plusieurs semaines. Pendant ce temps, d’énormes quantités de matière sont libérées dans l’espace, constituant les débris de supernova, comme la belle Nébuleuse du Voile, photographiée il y a quelques semaines dans le ciel des Castelli Romani. Ce qui reste de l’étoile se transforme alors en un trou noir ou en une étoile à neutrons.
Nébuleuse du Voile (composante occidentale NGC 6960), photographiée depuis les Castelli Romani. Crédit : Andrea Centini
Ce scénario est la norme lors de la mort d’une étoile massive. Cependant, dans certaines conditions, la fin peut arriver sans « feux d’artifice », donc sans l’explosion spectaculaire de la supernova. Une issue tranquille, mais tout aussi fascinante. C’est ce type d’événement que des scientifiques ont réussi à documenter dans la Galaxie d’Andromède (M31), située à 2,5 millions d’années-lumière. L’étoile concernée est la supergéante M31-2014-DS1, l’une des plus lumineuses d’Andromède avant de disparaître. Il faut rappeler que cette galaxie devrait entrer en collision avec la Voie Lactée dans quelques milliards d’années (même si des études récentes suggèrent qu’elle pourrait nous manquer). L’astre impliqué dans cet événement avait une masse 13 fois supérieure à celle du Soleil dans sa jeunesse, mais s’était « réduite » à 5 fois à la fin de son cycle vital.
La découverte de sa mort silencieuse a été réalisée par une équipe de recherche internationale dirigée par des scientifiques des États-Unis, du Columbia Astrophysics Laboratory de l’Université de Columbia à New York, qui ont collaboré étroitement avec leurs collègues de nombreux instituts. Parmi les institutions impliquées figurent le Centre d’astrophysique de l’Université de Harvard et Smithsonian, l’Observatoire naval des États-Unis à Washington, le Kavli Institute for Astrophysics and Space Research du Massachusetts Institute of Technology (MIT), entre autres. Les chercheurs, sous la direction du professeur Kishalay De, enseignant au Département d’Astronomie de l’université new-yorkaise, ont abouti à leurs conclusions après avoir analysé les données archivées de la mission NEOWISE de la NASA. L’objectif était précisément de rechercher les supernovae ratées sur la base d’une étude vieille de cinquante ans qui postulait une augmentation de la luminosité en infrarouge pour les étoiles qui « meurent » silencieusement, sans exploser en supernova. En consultant les données, ils ont découvert le cas de M31-2014-DS1, qui a commencé son rapide parcours vers la mort en 2014 (évidemment un événement survenu des millions d’années auparavant, compte tenu de la distance de la galaxie d’Andromède).
Cette année-là, le télescope de la NASA a détecté un brusque accroissement de la luminosité en infrarouge de l’étoile, qui a augmenté pendant quelques années, puis a diminué de manière drastique au cours des six années suivantes. En 2023, l’étoile a mystérieusement disparu même dans la lumière visible, et aujourd’hui, il ne reste qu’une faible source d’infrarouge. Que s’est-il passé ? Selon les chercheurs, nous observons un cas de supernova ratée, la star se transformant directement en un trou noir sans exploser, entraînant un effondrement complet de son intérieur. Un cas similaire a été documenté en 2010 pour une étoile dans la galaxie NGC 6946, mais elle était beaucoup plus éloignée et faible pour avoir suffisamment de données.
“Ceci est probablement la découverte la plus surprenante de ma vie”, a déclaré le professeur De dans un communiqué de presse. “Les preuves de la disparition de l’étoile étaient cachées dans les archives publiques et personne ne s’en était aperçu pendant des années, jusqu’à ce que nous les identifions”, a-t-il ajouté. “Il a longtemps été pensé que les étoiles de cette masse explosaient toujours comme des supernovae. Le fait que cela ne soit pas arrivé suggère que des étoiles de la même masse peuvent ou non exploser avec succès, probablement en raison de la manière dont la gravité, la pression des gaz et les puissantes ondes de choc interagissent de manière chaotique à l’intérieur de l’étoile mourante”, a expliqué le professeur De. En effet, l’onde de choc pourrait ne pas être suffisamment puissante pour expulser les matériaux, qui seraient donc immédiatement avalés par le « cœur de ténèbres » naissant, laissant seulement une faible coquille de poussières autour du trou noir. Les chercheurs estiment que M31-2014-DS1 s’est transformée en un trou noir avec un diamètre d’30 kilomètres. Les détails de cette recherche intrigante, intitulée “Disappearance of a massive star in the Andromeda Galaxy due to formation of a black hole”, ont été publiés dans la revue scientifique Science.