Découverte d’une intrigante naine blanche « supermassive » dans Cassiopée

Dans la constellation de Cassiopée, un curieux astre né de la fusion cataclysmique de deux naines blanches serait sur le point d’exploser en supernova. Pour la seconde fois.

Le mécanisme a été imaginé il y a quelques années par des astrophysiciens théoriciens, mais c’est la première fois qu’on l’observe réellement dans l’Univers... Grâce à l’observatoire spatial XMM-Newton, une équipe germano-russe menée par la chercheuse Lidia Oskinova (université de Postdam) est parvenue à identifier une naine blanche « supermassive » – dont la masse dépasse la limite de 1,4 masse solaire fixée par la théorie – enveloppée dans une nébuleuse de carbone et de néon. Un attelage exotique qui pourrait à la fois trahir une explosion passée et annoncer une déflagration imminente.

Masse interdite

Les naines blanches sont le produit naturel de l’évolution des étoiles de moins de 10 masses solaires. À la fin de leur vie, lorsque leur hydrogène est épuisé, celles-ci se dépouillent de leurs couches externes, tandis que leur cœur se contracte en un objet de la taille de la Terre, très chaud, et essentiellement composé d’atomes lourds (les « cendres » de la fusion nucléaire). Subrahmanyan Chandrasekhar fut le premier, au début des années 1930, à établir la masse maximale théorique d’un tel astre.

Dans les couples stellaires, il est fréquent qu’une étoile devenue naine blanche absorbe peu à peu la substance de sa compagne toujours étoile. La naine, en franchissant le cap fatidique des 1,4 masse solaire, s’effondre alors directement en étoile à neutrons ou, plus spectaculaire et plus fréquent, explose en supernova (et laisse aussi derrière elle une étoile à neutrons).

Il existe pourtant quelques spécimens qui dépassent la masse de Chandrasekhar. Dès sa découverte en 2019, la cible des observations récentes de XMM-Newton (baptisée IRAS 00500+6713) a été suspectée d’être l’un de ces objets atypiques. L’analyse de Lidia Oskinova et ses collègues permet d’en retracer l’histoire et d’imaginer son avenir.

**La nébuleuse d'IRAS 00500+6713, vue dans l'infrarouge (à gauche) par le satellite WISE et dans les rayons X (à droite) par XMM-Newton, s'étend sur 4 minutes d'arc sur le ciel.** © Oskinova et al., A&A 644, L8 (2020)

Entre deux explosions

IRAS 00500+6713 serait en fait le produit de la fusion d’une naine blanche composée d’oxygène et de néon, et d’une autre moins massive, composée de carbone et d’oxygène. En spiralant autour de sa compagne, cette seconde étoile se serait déformée. Elle aurait ainsi produit un disque en rotation rapide qui, en partie, serait entré soudainement en combustion nucléaire sous l’effet de la chaleur provoquée par les frottements dans le disque.

Selon les modèles appliqués aux observations de XMM-Newton, la détonation a pu avoir lieu il y a environ 1000 ans. Vue de la Terre, elle aurait atteint l’éclat de Sirius. De cette supernova avortée (dite « de type SN Iax »), il reste aujourd’hui le nuage de carbone et de néon qui enveloppe la naine blanche massive.

La naine « super-Chandrasekhar », ainsi que les astrophysiciens nomment ce genre d’objet, serait l'ultime relique de la fusion. Elle possèderait une masse de 1,5 à 2,2 masses solaires. Les modèles indiquent que, d’ici quelques milliers d’années, elle s’effondrera pour de bon en étoile à neutrons en produisant une seconde supernova.