Pour la première fois, des astronomes ont découvert des preuves convaincantes de la naissance d’un magnétar au sein d’une supernova. Un magnétar est une étoile à neutrons dotée de l’un des champs magnétiques les plus puissants de la nature. Des champs de cette intensité sont à l’origine de l’estimation souvent répétée qu’un magnétar situé à mi-chemin entre la Terre et la Lune pourrait effacer les cartes à bande magnétique sur notre planète.
Jusqu’à présent, les astronomes n’avaient jamais identifié un signe d’observation aussi clair de sa formation.
L’indice provient d’une étoile mourante située à environ un milliard d’années-lumière. Son explosion, un événement exceptionnellement lumineux nommé SN 2024afav, a atteint son apogée environ 50 jours après son déclenchement avant de s’éteindre progressivement. Cependant, cela ne s’est pas produit de manière simple. Sa lumière a chuté et augmenté, puis a chuté et augmenté à nouveau, avec des intervalles de plus en plus courts entre ces fluctuations. D’anciennes explosions de ce type avaient montré un ou deux de ces pics, mais celle-ci a révélé quatre saillies bien marquées après le pic, chacune se suivant plus rapidement.
Cette accélération est appelée un “chirp”, similaire au signal de fréquence croissante que les astronomes détectent lorsque deux trous noirs spiralent ensemble. Étant donné qu’il provenait d’une seule étoile en explosion, il n’y avait pas d’explication établie. Joseph Farah a déclaré qu’il n’existait « tout simplement aucun modèle pouvant expliquer un motif de pics qui accélèraient dans le temps. »
La réponse proposée dans une étude publiée dans Nature le 11 mars 2026 était la présence d’un magnétar nouveau-né dissimulé au sein des débris en expansion de l’étoile.
Définition d’un magnétar et raisons de son invisibilité durant sa formation
Un magnétar est un type d’étoile à neutrons, le cœur compact et densément comprimé qui peut rester après la mort d’une étoile massive. Ce qui distingue un magnétar est son champ magnétique extrême.
Ces objets mesurent seulement environ 16 kilomètres de diamètre. Le magnétar présumé à l’intérieur de SN 2024afav semble tourner environ une fois tous les 4,2 millisecondes, soit environ 238 fois par seconde. Les modèles suggèrent que son champ magnétique est environ 300 trillions de fois plus puissant que celui de la Terre.
Aucune de ces propriétés n’a été mesurée directement. Les astronomes les ont déduites en ajustant la luminosité globale de la supernova et son schéma de pics accélérés à un modèle physique.
Le principal défi a toujours été la visibilité. Les chercheurs soupçonnaient depuis des années que des magnétars naissants pouvaient alimenter certaines des supernovas les plus lumineuses, mais l’étoile compacte serait enfouie sous des couches en expansion de débris. Comme l’a exprimé Dan Kasen, théoricien à l’UC Berkeley, « Pendant des années, l’idée du magnétar semblait presque être un tour de magie des théoriciens — cachant un moteur puissant derrière des couches de débris de supernova. »
Comment un disque en oscillation pourrait produire un chirp
L’explication proposée repose sur un effet prédit par la théorie de la relativité générale d’Einstein. Selon le modèle de Farah, une partie de la matière de l’explosion est retombée vers le magnétar naissant, formant un disque d’accrétion autour de lui.
Ce disque était probablement inégal et incliné, ce qui signifie que son axe ne s’alignait pas avec l’axe de rotation de l’étoile à neutrons en dessous. Une masse tournante rapidement entraîne légèrement la trame de l’espace-temps environnant avec elle. Ce phénomène, connu sous le nom d’effet Lense-Thirring, peut faire osciller un disque incliné autour du magnétar.
Au fur et à mesure que le disque se déplace vers l’intérieur, sa précession s’accélère. Cette oscillation pourrait périodiquement bloquer, réfléchir ou rediriger les radiations du magnétar, ou modifier le taux auquel la matière tombait sur lui. Chaque cycle changerait donc la quantité d’énergie atteignant et illuminant les débris de la supernova en expansion.
Au fur et à mesure que l’oscillation s’intensifiait, les fluctuations de luminosité observées se rapprochaient, produisant ainsi le chirp.
Importance de cette découverte pour une théorie vieille de 16 ans
Les astronomes ont longtemps cherché les moteurs cachés derrière les supernovas superlumineuses, car les modèles de supernovas radioactives ordinaires peinent à expliquer à la fois leur éclat et la durée de leur luminosité. Ces explosions peuvent briller dix fois plus que les supernovas ordinaires et rester lumineuses pendant des mois.
En 2010, Kasen et Lars Bildsten, ainsi que Stan Woosley pour leur part, ont proposé qu’un magnétar tournant rapidement pourrait fournir l’énergie supplémentaire. À mesure que le magnétar ralentissait, une partie de son énergie de rotation serait transférée dans les débris environnants sous forme de lumière.
Cette idée est restée une explication dominante pendant environ 16 ans, mais plusieurs autres mécanismes pouvaient également reproduire la forme générale de la courbe lumineuse d’une supernova superlumineuse.
SN 2024afav a permis de tester la théorie du magnétar contre un signal répétitif inhabituel, plutôt que de se fier uniquement à la luminosité globale de l’explosion. Le même modèle a indépendamment relié la luminosité de la supernova et les pics accélérants à des estimations cohérentes de la rotation et du champ magnétique du magnétar.
Alex Filippenko, co-auteur de l’étude, a qualifié cela de « preuve définitive de la formation d’un magnétar à la suite d’un effondrement de cœur de supernova superlumineuse. »
Limites de cette découverte
Bien que ces observations fournissent des preuves solides pour un magnétar nouveau-né, elles ne racontent peut-être pas toute l’histoire de SN 2024afav.
Une analyse spectroscopique distincte de la même supernova a révélé que ses éjectas en expansion entraient également en collision avec de la matière précédemment expulsée par l’étoile progenitrice. Les chercheurs ont détecté des caractéristiques inhabituelles d’hydrogène, d’hélium et d’oxygène dont l’apparition coïncidait avec les variations de la courbe lumineuse.
Cette interaction circumstellaire pourrait donc avoir contribué à certaines des fluctuations de luminosité. Cependant, l’équipe de Nature soutient que les collisions avec des coquilles irrégulières de matière environnante auraient du mal à produire ces fluctuations lisses et systématiquement réduites.
Ainsi, bien que l’interprétation magnétar soit fortement soutenue, certains aspects de l’événement pourraient avoir plusieurs causes physiques.
Cette seule observation ne démontre pas non plus que tous les magnétars alimentent chaque supernova superlumineuse. Les chercheurs eux-mêmes avertissent que d’autres explosions pourraient tirer une grande partie de leur énergie des collisions entre les éjectas de supernova et de la matière environnante.
Ce que les astronomes recherchent ensuite
Cette découverte donne aux observateurs un nouveau signe à rechercher. Une séquence de fluctuations de luminosité qui s’accélère peut indiquer un autre disque incliné en précession autour d’un objet compact naissant.
Farah s’attend à ce que les astronomes découvrent des dizaines d’autres cas alors que de grandes études, comme celles du Vera C. Rubin Observatory, approfondissent leurs observations du ciel nocturne en constante évolution. Une collection plus large aiderait à révéler à quelle fréquence les magnétars alimentent des explosions superlumineuses et si leurs propriétés varient d’un événement à l’autre.
Points à retenir
- Les magnétars sont des étoiles à neutrons avec des champs magnétiques extrêmement puissants.
- La supernova SN 2024afav a montré des fluctuations de luminosité uniques, suggérant la naissance d’un magnétar.
- Cette étude permet de tester une théorie vieille de 16 ans sur les sources d’énergie des supernovas superlumineuses.
- Les astronomes continuent d’explorer la relation entre les magnétars et les explosions de supernova.
Ce développement scientifique m’inspire par son audace et la manière dont il remet en question nos perceptions actuelles de l’univers. En tant que passionné d’astronomie, je ressens une curiosité infinie face aux mystères qui demeurent. La découverte de ce magnétar, bien que fascinante, ouvre la porte à plus de questions : quel impact les magnétars ont-ils sur notre compréhension de l’évolution des étoiles massives ? Chaque avancée apporte son lot de réflexions et nous pousse à continuer d’explorer les profondeurs de l’univers.