Une étrange supernova à «onde de choc inversée» explose dans la mauvaise direction › Geeky News

Une image colorisée de Cassiopée A basée sur les données des télescopes spatiaux Hubble, Spitzer et Chandra. (Crédit image : NASA/JPL-Caltech)

Une puissante onde de choc voyageant à travers un nuage de gaz laissé par la mort explosive d’une étoile a une bizarrerie bizarre : une partie de celle-ci voyage dans la mauvaise direction, révèle une nouvelle étude.

Dans l’étude, les chercheurs ont découvert que l’onde de choc s’accélérait à des rythmes différents, une section s’effondrant vers l’origine de l’explosion stellaire, ou supernova, dans ce que les auteurs de l’étude appellent un « choc inverse ».

Cassiopée A est une nébuleuse, ou un nuage de gaz, laissé par une supernova dans la constellation de Cassiopée, à environ 11 000 années-lumière de la Terre, ce qui en fait l’un des restes de supernova les plus proches. La nébuleuse, qui mesure environ 16 années-lumière de large, est constituée de gaz (principalement de l’hydrogène) qui a été expulsé avant et pendant l’explosion qui a déchiré l’étoile d’origine. Une onde de choc provenant de cette explosion continue de se propager à travers le gaz, et les modèles théoriques montrent que cette onde de choc devrait se dilater uniformément, comme un ballon parfaitement arrondi constamment gonflé.

Mais les chercheurs ont constaté que ce n’était pas le cas.

« Pendant longtemps, nous avons soupçonné que quelque chose de bizarre se passait à l’intérieur de Cassiopée A », a déclaré à Live Science l’auteur principal Jacco Vink, astronome à l’Université d’Amsterdam aux Pays-Bas. Des études antérieures avaient montré que les mouvements internes au sein de la nébuleuse étaient « plutôt chaotiques » et souligné que la région ouest de l’onde de choc traversant le nuage de gaz pourrait même aller dans la mauvaise direction, ai-je ajouté.

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Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont analysé le mouvement de l’onde de choc, à l’aide d’images à rayons X collectées par l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA, un télescope en orbite autour de la Terre. Les données, recueillies sur 19 ans, ont confirmé qu’une partie de la région ouest de l’onde de choc reculait en fait dans la direction opposée lors d’un choc inverse.

Mais ils ont également découvert quelque chose d’encore plus surprenant : des parties de la même région accéléraient toujours loin de l’épicentre de la supernova, comme le reste de l’onde de choc.

Expansion inégale

La vitesse moyenne actuelle du gaz en expansion dans Cassiopée A est d’environ 13,4 millions de mph (21,6 millions de km/h), ce qui en fait l’une des ondes de choc les plus rapides jamais vues dans un reste de supernova, a déclaré Vink. C’est principalement parce que le reste est si jeune; la lumière de Cassiopée A a atteint la Terre en 1970. Mais avec le temps, les ondes de choc perdent leur élan dans leur environnement et ralentissent.

Cassiopée A se compose de deux principales bandes de gaz en expansion : une enveloppe interne et une enveloppe externe. Ces deux coquilles sont les deux moitiés de la même onde de choc, et sur la majeure partie de la nébuleuse, les coquilles intérieure et extérieure se déplacent à la même vitesse et dans la même direction. Mais dans la région ouest, les deux coquilles vont dans des directions opposées : la coquille extérieure continue de s’étendre vers l’extérieur, mais la coquille intérieure revient vers l’endroit où l’étoile qui explose aurait dû se trouver.

Une image de Cassiopée A montrant l’onde de choc se déplaçant à travers les coquilles de gaz intérieure et extérieure. Les flèches bleues montrent la section ouest de la coque interne reculant vers le centre de la nébuleuse. (Crédit image : J.Vink/astronomie.nl)

Le choc inverse recule à environ 4,3 millions de mph (6,9 millions de km/h), soit environ un tiers de la vitesse d’expansion moyenne du reste de la nébuleuse. Cependant, ce qui a vraiment intrigué les chercheurs, c’est la vitesse à laquelle la coque externe s’étendait par rapport à la coque interne qui reculait dans cette région. Les chercheurs s’attendaient à ce que la coque externe se dilate à un rythme réduit par rapport au reste de l’onde de choc, mais ils ont constaté qu’elle accélérait en fait plus rapidement que certaines autres régions de l’onde de choc. « C’était une surprise totale », a déclaré Vink.

collision cosmique

L’expansion inhabituelle dans la région ouest de Cassiopée A ne correspond pas aux modèles théoriques de supernova et suggère que quelque chose est arrivé à l’onde de choc à la suite de l’explosion stellaire, a déclaré Vink.

Les chercheurs ont déclaré que l’explication la plus probable est que l’onde de choc est entrée en collision avec une autre coquille de gaz qui a probablement été éjectée par l’étoile avant qu’elle n’explose. Lorsque l’onde de choc frappe ce gaz, elle a peut-être ralenti et créé une accumulation de pression qui a repoussé la coque interne vers le centre. Cependant, la coque extérieure a peut-être encore été forcée à travers ce blocage et a recommencé à accélérer de l’autre côté, a déclaré Vink. « Cela explique à la fois le mouvement vers l’intérieur de la coque interne, mais prédit également que la coque externe devrait s’accélérer, comme nous l’avons effectivement mesuré », a-t-il ajouté.

Les chercheurs pensent également que la façon unique dont l’étoile d’origine est morte pourrait expliquer l’onde de choc inégale. Cassiopée A est le résultat d’une supernova de type IIb, dans laquelle une étoile massive a explosé après avoir presque complètement perdu ses couches externes, a déclaré Vink.

Une image de Cassiopée A combinant des données de rayons X collectées par Imaging X-ray Polarimetry Explorer de la NASA, illustrées en magenta, et l’observatoire Chandra X-Ray de la NASA, en bleu. (Crédit image : NASA/CXC/SAO/IXPE)

« Les estimations aux rayons X suggèrent que l’étoile avait environ quatre à six fois la masse du soleil lors de l’explosion », a déclaré Vink, mais l’étoile avait très probablement une masse d’environ 18 fois celle du soleil à sa naissance. Cela signifie que l’étoile a perdu environ les deux tiers de sa masse, dont la majeure partie aurait été de l’hydrogène, avant d’exploser ; L’onde de choc est peut-être plus tard entrée en collision avec ce gaz, a déclaré Vink.

Il existe plusieurs théories expliquant pourquoi Cassiopée A a perdu une si grande partie de sa masse avant d’exploser. En septembre 2020, une autre équipe de chercheurs a proposé que l’étoile d’origine faisait partie d’un système stellaire binaire, où deux étoiles orbitent l’une autour de l’autre. Cette équipe de recherche a déclaré que cette étoile compagne aurait également pu devenir une supernova avant Cassiopée A et faire sauter la « peau » d’hydrogène de l’étoile dans le processus, a précédemment rapporté Live Science. (s’ouvre dans un nouvel onglet).

Cependant, les auteurs de la nouvelle étude ne sont pas convaincus par cette théorie. « Le seul problème est que nous n’avons pas encore trouvé les restes de l’autre star », a déclaré Vink. « Donc, à ce stade, cela reste spéculatif. »

Donc pour l’instant, personne ne sait exactement ce qui alimente l’onde de choc inégale de Cassiopée A.

L’étude a été publiée en ligne le 21 janvier sur le serveur de préimpression arXiv (s’ouvre dans un nouvel onglet) et a été accepté pour publication future dans The Astrophysical Journal.

Publié à l’origine sur Live Science.