No Surviving Companion to the Galactic SN 1181: Evidence for a Double-Degenerate Channel for Type Iax Supernovae

L'histoire d'un détective cosmique : à la recherche d'une étoile disparue

Imaginez le ciel nocturne comme une immense scène où les étoiles jouent leurs actes finaux et spectaculaires. Certains de ces actes sont appelés supernovae, qui sont essentiellement des feux d'artifice stellaires massifs qui surpassent l'éclat de galaxies entières pendant un bref instant. Depuis des décennies, les astronomes tentent de comprendre le « qui » et le « comment » derrière un type spécifique de ces explosions appelé supernovae de Type Ia. Considérez-les comme les « chandelles standards » de l'univers — des étoiles qui explosent avec une luminosité prévisible, nous aidant à mesurer les distances cosmiques. Mais il y a un rebondissement : un cousin excentrique et plus faible, connu sous le nom de Type Iax. Ce sont les explosions « ratées » qui ne parviennent pas tout à fait à se pulvériser, laissant derrière elles un reste calciné au lieu d'une destruction totale.

Le grand mystère est le suivant : qu'est-ce qui provoque ces explosions ? La théorie dominante pour les plus brillantes implique un scénario de « simple dégénérescence ». Imaginez une naine blanche (une étoile morte et dense) agissant comme un aspirateur cosmique, aspirant le gaz d'une voisine vivante et riche en hélium. Finalement, la naine blanche devient trop pleine, s'enflamme et explose, mais l'étoile voisine survit à l'explosion, s'enfuyant comme un survivant d'un accident de voiture. Cependant, pour les explosions de Type Iax, plus faibles, les scientifiques n'étaient pas certains si cette même histoire d'« aspirateur et de voisin » était vraie, ou si autre chose — comme deux étoiles mortes s'entrechoquant — était le véritable coupable. Résoudre ce puzzle est crucial car cela nous indique comment l'univers recycle ses étoiles et crée les éléments lourds qui composent les planètes et les êtres humains.

L'affaire du voisin disparu : SN 1181

Dans cet article, les auteurs agissent comme des détectives cosmiques enquêtant sur une scène de crime ancienne et spécifique : la supernova galactique SN 1181. Enregistrée par des observateurs en Chine et au Japon il y a près de 900 ans, cette explosion est un candidat parfait pour un événement de Type Iax faible. Elle était assez brillante pour être vue à l'œil nu, mais plus faible que les explosions typiques de « chandelles standards ». De manière cruciale, les astronomes ont déjà trouvé la « victime » de cette explosion : un reste de naine blanche très chaud et rapide (IRAS 00500+6713) situé exactement là où l'explosion a eu lieu.

Si la théorie de l'« aspirateur » (le canal de la simple dégénérescence) était correcte pour SN 1181, il devrait y avoir un survivant. Tout comme un accident de voiture laisse une voiture endommagée et un passager en fuite, une explosion de Type Iax provoquée par une étoile donneuse d'hélium devrait laisser derrière elle une étoile d'hélium survivante s'éloignant de la naine blanche. Les auteurs se sont mis en quête de ce passager disparu. Ils ont utilisé deux télescopes puissants, Gaia et Pan-STARRS1, pour scanner une zone circulaire autour du reste de la naine blanche. Cette zone de recherche faisait environ 30 secondes d'arc de large (environ la taille d'une pièce de monnaie tenue à 30 mètres de distance), ce qui est assez large pour capturer une étoile compagne qui aurait pu être expulsée par l'explosion.

La recherche et la disparition
L'équipe a trouvé 22 étoiles dans cette zone de recherche. Cependant, lorsqu'ils ont passé ces étoiles au microscope, aucune d'entre elles n'était l'étoile d'hélium manquante.

• La vérification de la distance : Pour les 16 étoiles détectées par le satellite Gaia, l'équipe a vérifié leurs distances et leurs trajectoires de mouvement. Un véritable survivant devrait être à la même distance que la naine blanche (environ 2,5 kiloparsecs) et se déplacer d'une manière qui revient au site de l'explosion. Aucune des étoiles de Gaia ne correspondait à cette description ; elles étaient soit trop loin, soit se déplaçaient dans la mauvaise direction.
• La vérification des sosies : Pour les 6 étoiles restantes que Gaia avait manquées mais que Pan-STARRS1 avait vues, l'équipe a examiné leurs couleurs et leur luminosité. Une étoile d'hélium survivante devrait être incroyablement chaude et brillante, brillant d'une lumière bleu-blanc spécifique. Au lieu de cela, ces 6 étoiles étaient rouges et faibles, ressemblant davantage à des étoiles froides ordinaires ou à des objets poussiéreux. Même lorsque l'équipe a essayé d'imaginer ces étoiles comme des étoiles d'hélium chaudes cachées derrière une épaisse couche de poussière, les calculs ne fonctionnaient pas ; la poussière devrait être incroyablement épaisse pour les cacher, et même ainsi, elles seraient toujours visibles dans d'autres couleurs.

La simulation du « Et si »
Pour être absolument sûrs de ne pas avoir manqué une étoile faible et difficile à voir, les auteurs ont lancé des simulations informatiques de l'évolution de ces systèmes d'étoiles binaires. Ils ont demandé : « Quelle est la plus petite, la plus faible étoile d'hélium qui pourrait potentiellement survivre à une explosion comme celle-ci ? » Les simulations ont montré que même la plus minuscule et la plus faible étoile survivante possible serait encore assez brillante pour être vue par le télescope Pan-STARRS1. La limite du télescope était une magnitude de 8 (très faible), mais les simulations disaient que toute véritable survivante devrait être plus brillante que la magnitude 6,5. Puisque le télescope n'a rien vu d'aussi brillant, le « passager disparu » n'est tout simplement pas là.

Le verdict : Un type de collision différent

La conclusion est sans appel : il n'y a pas d'étoile compagne d'hélium survivante pour SN 1181. Cette découverte exclut le scénario de la « simple dégénérescence » où une naine blanche vole du gaz à une étoile d'hélium pour cette explosion spécifique. Si l'étoile d'hélium n'est pas là, l'explosion n'a pas pu être causée par ce type spécifique de partenariat.

Au lieu de cela, les preuves pointent fortement vers un canal de « double dégénérescence ». Imaginez deux naines blanches (deux étoiles mortes) dansant dans une orbite serrée. Finalement, elles s'entrechoquent, fusionnant en une seule. Cette fusion déclenche l'explosion, mais comme les deux partenaires étaient déjà morts, il ne reste aucune étoile vivante pour s'enfuir. Cela suggère que l'univers possède au moins deux façons différentes de créer des supernovae de Type Iax : les plus brillantes (comme SN 2012Z) pourraient provenir du scénario de l'« aspirateur » avec un voisin survivant, tandis que les plus faibles (comme SN 1181) proviennent du scénario de la « fusion d'étoiles mortes ».

Ce document ne se contente pas de résoudre un mystère sur une explosion ancienne ; il suggère que la famille des supernovae de Type Iax est plus diverse que nous ne le pensions. C'est comme réaliser que, si certains accidents de voiture impliquent un conducteur et un passager, d'autres impliquent deux voitures entrant en collision sans aucun survivant. En prouvant que SN 1181 n'a pas de survivant, les auteurs fournissent une preuve directe que différents mécanismes d'explosion sont à l'œuvre, nous aidant à construire une image plus complète de la façon dont les étoiles vivent, meurent et, parfois, ne meurent pas complètement.