Une coquille de rayons X révèle l'explosion de la supernova dans le microquasar SS 433 ✛ ✎

Original: "An X-ray Shell Reveals the Supernova Explosion for Galactic Microquasar SS 433"
arXiv:2410.06510 · 2024-10-09 · arXiv non-exclusive · analyse indépendante · 2 min
Autour du trou noir SS 433, une coquille chaude a été découverte : la trace d'une supernova qui a explosé il y a 20 000 à 30 000 ans.

Au nord du microquasar SS 433, dans le domaine des rayons X mous, un arc est apparu. Faible, diffus, mais épousant obstinément des contours déjà connus par les observations radio. Les astronomes ont étudié son spectre et ont vu un gaz chauffé à onze millions de kelvins. Un gaz qui n'a pu être chauffé ni par les jets, ni par le vent du disque d'accrétion.

Ce gaz est une onde de choc figée. Une photographie cosmique du passé : une coquille qui conserve le moment de la naissance du trou noir. Il y a vingt à trente mille ans, une étoile massive a explosé en supernova, et ses couches externes continuent de se disperser dans l'espace. Au centre reste un trou noir d'une masse de cinq à quinze soleils, qui attire maintenant la matière de l'étoile compagne et éjecte d'étroits jets de plasma : ces fameux jets qui donnent à SS 433 l'apparence d'un gigantesque tire-bouchon cosmique.

La nébuleuse W50, dans laquelle se trouve SS 433, ressemble par sa forme à un lamantin, d'où son surnom de « nébuleuse du Lamantin ».

Auparavant, on ignorait si un trou noir dans un tel système naissait par explosion ou par effondrement silencieux, sans éclat. Désormais, la réponse est là : il y a bien eu explosion. En témoignent la température du plasma et l'abondance de silicium, deux à trois fois supérieure à celle du Soleil. Les scénarios alternatifs, chauffage par les jets ou par le vent du disque, donnent une température et une luminosité trop faibles. Il ne reste qu'une explication : un rémanent de supernova en expansion selon le modèle de Sedov-Taylor. L'énergie de l'explosion est d'environ $10^{51}$ ergs. Pour comparaison, c'est l'énergie que le Soleil émet en dix milliards d'années.

Cette découverte relie l'évolution du système binaire à son passé explosif. Elle explique d'où vient la matière pour l'accrétion supercritique dans les jeunes microquasars : une partie de la matière éjectée lors de l'explosion retombe sur le trou noir. Et elle fournit le premier point d'observation sur le diagramme « énergie d'explosion - masse du rémanent », un point crucial pour calibrer les modèles de formation des trous noirs. Désormais, en regardant l'arc de rayons X au nord de SS 433, les astronomes ne voient plus seulement un gaz chaud. Ils voient l'instant où une étoile est morte pour qu'un trou noir naisse.

La nébuleuse W50, dans laquelle se trouve SS 433, ressemble par sa forme à un lamantin, d'où son surnom de « nébuleuse du Lamantin ».

v_s = \sqrt{\frac{16 kT}{3 \mu m_p}}
La vitesse de l'onde de choc se calcule à partir de la température du plasma : plus le gaz est chaud, plus il se dilate rapidement. Pour une température d'environ 1 keV, la vitesse atteint des centaines de kilomètres par seconde.
\dot{M} \approx (5.1 \times 10^{-5} M_{\odot}\,\mathrm{yr}^{-1}) \left(\frac{M_c}{8 M_{\odot}}\right) \left(\frac{M_{\mathrm{acc}}}{1 M_{\odot}}\right) \left(\frac{\alpha}{0.01}\right) \left(\frac{t}{10^4\,\mathrm{yr}}\right)^{-1.35}
Estime la quantité de matière qui retombe sur le trou noir des milliers d'années après l'explosion. Pour SS 433, ce taux est suffisant pour maintenir une accrétion supercritique.
Scientifiques
Stephen HawkingJacob BekensteinRoger PenroseFritz ZwickyFred HoyleMargaret Burbidge
Notions
formation des trous noirs supermassifs croissance de trou noir supermassif formation des rémanents de supernova rémanent de supernova quasar radio-loud quasi-étoile microquasar rétroaction des quasars explosion stellaire déficit de masse de réaction nucléaire éruptions quasi périodiques Cassiopée A nucléosynthèse des premières étoiles progéniteur composition du halo galactique tore galaxie radio m87 galaxie hôte sursaut de rayons X