Que voit-on sur cette magnifique photo de « boule de feu » dans l’espace ?

L’instrument à rayons X eROSITA était pointé vers le ciel, le 15 juillet 2020, scrutant sans relâche le ciel. Pendant 22 balayages, l’espace avait tout ce qu’il y a de plus paisible. Puis arriva le 23e balayage : dans le spectre des rayons X, et dans la région alors scrutée, on pouvait voir un éclat lumineux intense. Au 24e balayage, le flash avait disparu, tout était redevenu calme.

À 8 250 années-lumière de nous, près de la constellation australe de Reticulum, une étoile s’est brusquement éclairée. Dans un coup de chance dont seule la science a le secret (car l’instrument n’était pointé dans cette région cosmique que 35 secondes), l’observatoire a enregistré, aux rayons X, le moment extrêmement court et intense de son éruption. L’image, ainsi que l’analyse qui en découle, viennent d’être publiées dans Nature le 11 mai 2022.

Que voit-on sur la photo ?

Ce qu’on y voit, ce n’est pas une supernova, mais une nova : c’est ainsi que l’appelle l’éclaircissement soudain d’une étoile de type naine blanche. Les naines blanches sont de petite taille, à l’image de la Terre, voire de la Lune, mais extrêmement denses, puisqu’elles sont la contraction d’une étoile de masse intermédiaire ayant brûlé la majeure partie de son combustible. On les décrit parfois comme des étoiles mortes.

Lorsqu’une naine blanche est intégrée à un système stellaire binaire, en interaction avec une autre étoile, elle absorbe le gaz de sa compagne. Au cœur de la naine blanche, la chaleur et la pression augmentent alors progressivement jusqu’à fusionner l’hydrogène en hélium. L’emballement thermonucléaire se déclenche, jusqu’à ce que cette tempête remonte à la surface de la naine en expulsant de la matière. C’est alors l’éruption — la « nova » — que l’on voit ici aux rayons X, et, après l’instant T de l’explosion, que l’on peut observer à l’œil nu via un télescope.

Pourquoi « nova » ?

Cette éruption déclenche un flash lumineux court et soudain, là où, auparavant, on ne voyait rien de particulier. Autrefois, les astronomes pensaient observer l’apparition d’une toute nouvelle étoile : c’est de là que l’expression « nova », pour décrire le phénomène, tire son nom.

La confirmation d’une théorie sur les novas

La détection du phénomène par l’instrument eROSITA ne permet pas seulement d’obtenir une belle image. Elle confirme une prédiction, tout bonnement car il s’agit de la toute première fois que l’on capte ce moment spécifique d’une nova dans le spectre des rayons X. Ce moment si particulier, c’est celui de la « boule de feu ».

Auparavant, les astronomes avaient déjà observé des novas dans le spectre optique et lors de la phase d’expansion des matières éjectées à la surface de l’étoile. Mais cette fois-ci, dans le spectre des rayons X, on observe bien l’instant clé où l’éruption à proprement parler survient — l’étoile atteint alors la luminosité d’Eddington, l’extrême limite de luminosité qu’un objet céleste peut atteindre. Et pour cause, la chaleur à la surface de l’étoile est alors autour d’1 million de kelvins.

Cette observation bien chanceuse confirme les différentes étapes que suit une nova, et livre des mesures (comme, justement, le niveau de chaleur dégagée). Cela faisait littéralement 30 ans que cette phase en particulier était théorisée, sans que l’on ait d’observation concrète sous la main : « L’existence des flashs de rayons X [durant ce phénomène] a maintenant été confirmée par l’observation », écrivent les scientifiques, dans le papier.

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