Une étoile temporaire insaisissable décrite dans des documents historiques recréée à l’aide d’un nouveau modèle informatique

Un mystérieux vestige d’un type rare de supernova enregistré en 1181 a été expliqué pour la première fois. Deux naines blanches sont entrées en collision, créant une « étoile invitée » temporaire, désormais appelée supernova (SN) 1181, qui a été enregistrée dans des documents historiques au Japon et ailleurs en Asie. Cependant, après que l’étoile a diminué de luminosité, son emplacement et sa structure sont restés un mystère jusqu’à ce qu’une équipe localise son emplacement en 2021.

Grâce à la modélisation informatique et à l’analyse observationnelle, les chercheurs ont désormais recréé la structure de la naine blanche restante, un phénomène rare, expliquant sa formation par double choc. Ils ont également découvert que des vents stellaires à grande vitesse pourraient avoir commencé à souffler depuis sa surface au cours des 20 à 30 dernières années seulement. Ces travaux ont été publiés dans Le Journal d’Astrophysique.

Cette découverte améliore notre compréhension de la diversité des explosions de supernova et souligne les avantages de la recherche interdisciplinaire, combinant l’histoire et l’astronomie moderne pour permettre de nouvelles découvertes sur notre galaxie.

Nous sommes en 1181 et la guerre de Genpei (1180-1185) vient de débuter au Japon. Elle va entraîner un transfert du pouvoir politique des familles aristocratiques vers le nouveau shogunat, basé sur l’armée, qui s’établira dans la ville côtière de Kamakura, près de l’actuelle Tokyo.

Le journal Azuma Kagami relate cette période tumultueuse. Il relate non seulement la vie des gens et les événements marquants (avec une précision variable), mais aussi d’autres observations quotidiennes, notamment l’apparition d’une nouvelle étoile.

« Il existe de nombreux témoignages sur cette étoile invitée temporaire dans les archives historiques du Japon, de Chine et de Corée. À son apogée, la luminosité de l’étoile était comparable à celle de Saturne. Elle est restée visible à l’œil nu pendant environ 180 jours, jusqu’à ce qu’elle disparaisse progressivement de la vue. Le vestige de l’explosion SN 1181 est désormais très ancien, il est donc sombre et difficile à trouver », a expliqué l’auteur principal Takatoshi Ko, doctorant au département d’astronomie de l’université de Tokyo.

Le reste de cette étoile invitée, appelé reste de supernova (SNR) 1181, aurait été créé par la collision de deux étoiles extrêmement denses de la taille de la Terre, appelées naines blanches. Cela a créé un type rare de supernova, appelée supernova de type Iax, qui a laissé derrière elle une naine blanche unique, brillante et à rotation rapide. Aidés par les observations de sa position notées dans le document historique, les astrophysiciens modernes ont finalement localisé son emplacement en 2021 dans une nébuleuse vers la constellation de Cassiopée.

En raison de sa nature rare et de sa localisation dans notre galaxie, SNR 1181 a fait l’objet de nombreuses recherches observationnelles. Celles-ci suggèrent que SNR 1181 est constituée de deux régions de choc, une région externe et une région interne. Dans cette nouvelle étude, le groupe de recherche a analysé les dernières données de rayons X pour construire un modèle informatique théorique permettant d’expliquer ces observations, et qui a recréé la structure jusqu’alors inexpliquée de ce reste de supernova.

Le principal défi était que, selon la théorie classique, lorsque deux naines blanches entrent en collision de cette manière, elles devraient exploser et disparaître. Or, cette fusion a laissé derrière elle une naine blanche. On s’attendait à ce que la naine blanche en rotation génère un vent stellaire (un flux rapide de particules) immédiatement après sa formation. Mais les chercheurs ont découvert autre chose.

« Si le vent avait commencé à souffler immédiatement après la formation de SNR 1181, nous n’aurions pas pu reproduire la taille observée de la région de choc interne », a déclaré Ko.

« Cependant, en considérant le moment d’apparition du vent comme variable, nous avons réussi à expliquer avec précision toutes les caractéristiques observées de SNR 1181 et à démêler les propriétés mystérieuses de ce vent à grande vitesse. Nous avons également pu suivre simultanément l’évolution temporelle de chaque région de choc, en utilisant des calculs numériques. »

L’équipe a été très surprise de constater que, selon leurs calculs, le vent n’aurait commencé à souffler que très récemment, au cours des 20 à 30 dernières années. Ils suggèrent que cela pourrait indiquer que la naine blanche a recommencé à brûler, peut-être en raison d’une partie de la matière rejetée par l’explosion observée en 1181 qui est retombée à sa surface, augmentant sa densité et sa température au-delà d’un seuil permettant de redémarrer la combustion.

Pour valider leur modèle informatique, l’équipe se prépare maintenant à observer davantage SNR 1181 en utilisant le radiotélescope Very Large Array (VLA) basé dans l’État central du Nouveau-Mexique aux États-Unis, et le télescope Subaru de classe 8,2 mètres dans l’État américain d’Hawaï.

« La capacité de déterminer l’âge des restes de supernova ou leur luminosité au moment de leur explosion grâce à des perspectives archéologiques est un atout rare et inestimable pour l’astronomie moderne », a déclaré Ko. « De telles recherches interdisciplinaires sont à la fois passionnantes et soulignent l’immense potentiel que recèle la combinaison de divers domaines pour découvrir de nouvelles dimensions des phénomènes astronomiques. »