Les explosions d’étoiles mourantes, connues sous le nom de supernovas, sont parmi les événements les plus puissants de tout notre univers, libérant plus d’énergie que le Soleil ne le fera durant toute sa vie de 10 milliards d’années. (Le Soleil n’est pas un petit joueur, non plus – il produit l’énergie de près d’un trillion de bombes de 1 mégatonne toutes les 10 secondes.)
La puissance pure de l’explosion d’une supernova est suffisante pour projeter des débris à des vitesses d’environ 20 millions de miles par heure, générant des ondes de choc – des fronts d’ondes de pression qui se déplacent plus vite que la vitesse du son lorsqu’ils entrent en collision avec le gaz et la poussière environnants. En rayonnant vers l’extérieur dans l’espace, les ondes de choc chauffent de façon spectaculaire cette matière à des températures de dizaines de millions de degrés, ce qui fait briller le vestige de supernova en rayons X.
Des forces aussi immenses et rapides peuvent sembler totalement inarrêtables, mais dans le cas d’un vestige de supernova de notre Galaxie, G21.5-0.9, les images de l’observatoire à rayons X Chandra de la NASA révèlent qu’une présence mystérieuse a pu arrêter G21.5-0.9 dans leur course.
Supernova remnant G21.5-0.9
(Crédit : NASA/CXC/U.Manitoba/H.Matheson & S.Safi-Harb)
La majeure partie de la coquille du vestige de supernova sur cette image de G21.5-0.9 semble être intacte et sphérique, comme on pourrait l’attendre d’une explosion parfaite et symétrique dans un vide parfait. Cette coquille faiblement lumineuse marque l’avant de l’onde de choc de la supernova qui s’étend rapidement vers l’extérieur. Cependant, le sommet de la coquille de G21.5-0.9 est ici perturbé et aplati, brisant le cercle autrement propre en un fouillis de filaments. C’est presque comme si un poing cosmique avait donné un coup de poing sur le vestige de supernova, arrêtant l’avancée de l’onde de choc au nord.
Qu’est-ce qui pourrait bien être si inamovible face à ces puissantes ondes de choc ? Lorsque je suis arrivé au Centre d’astrophysique en 2018 pour mener des recherches sur G21.5-0.9 sous la direction du Dr Pat Slane, nous soupçonnions déjà que la réponse pourrait être liée aux variations du gaz et de la poussière en vrac à l’extérieur du reste de supernova, autrement appelé milieu interstellaire.
Pour étudier cette intuition, nous avons réalisé des simulations informatiques où nous pouvions observer l’explosion originale de G21.5-0.9 et suivre ses ondes de choc générées au fil du temps. Lorsque nous avons réglé le milieu interstellaire dans la simulation à une densité constante, ce qui nous a donné une répartition uniforme du gaz et de la poussière (comme nous nous attendons habituellement à voir dans l’espace), les ondes de choc ont effectivement semblé s’étendre en un cercle parfait autour du centre de la supernova.
Lorsque nous avons modifié les densités du milieu interstellaire, cependant, nous avons constaté que les simulations ajustaient la forme du reste de supernova en conséquence. Si nous établissions une région à haute densité au-dessus de la supernova, les ondes de choc rayonnantes frapperaient cette région et seraient ralenties par l’épaisse collection de gaz et de poussières. Cela aplatirait le sommet du cercle autrement parfait formé par l’enveloppe du reste de supernova, tout comme nous le voyons dans G21,5-0,9.
Après de nombreuses simulations ajustant les spécificités de cette région à haute densité, nous avons constaté qu’en fixant sa densité à 20 fois( !) la densité du milieu interstellaire environnant et en fixant son emplacement à 6 années-lumière au nord du centre de la supernova, on obtenait un reste de supernova ayant presque la forme exacte de G21,5-0,9.
Même si nous avons compris comment G21,5-0.9 a obtenu sa forme, nous ne savons toujours pas quelle combinaison spécifique de gaz et de poussière (hydrogène ? graphite ? autre chose ?) a créé une région à si haute densité dans le milieu interstellaire, ni pourquoi ce gaz et cette poussière s’agglutineraient si densément en premier lieu.
Heureusement pour nous, plusieurs autres télescopes que Chandra ont pointé vers G21,5-0,9 ces dernières années, notamment Hitomi, NuSTAR, Swift, XMM-Newton et INTEGRAL. Avec autant de missions cherchant à recueillir encore plus de données sur ce vestige de supernova de forme particulière, on peut espérer que les réponses à ces questions ne sont pas loin.
Les résultats de cet article sont inclus dans un prochain article sur G21,5-0,9 par le premier auteur Soichiro Hattori de NYU Abu Dhabi. Cet article sera bientôt soumis à The Astrophysical Journal.
-Emily Zhang