L'étoile M31-2014-DS1 s'effondre directement en un trou noir

M31-2014-DS1 est une étoile supergéante massive, appauvrie en hydrogène, située dans la galaxie d'Andromède, qui a connu un pic de luminosité dans le moyen infrarouge en 2014, avant de s'estomper de manière spectaculaire par un facteur de plus de 10 000 en lumière optique d'ici 2023, devenant indétectable. Les observations indiquent que son cœur s'est effondré directement en un trou noir de masse stellaire lors d'un événement de supernova ratée, laissant derrière lui une faible lueur infrarouge provenant de la poussière et des gaz environnants. Cette « licorne astronomique » fournit la preuve observationnelle la plus solide à ce jour d'une étoile contournant une explosion cataclysmique pour entrer dans son état évolutif final.

La découverte, publiée dans la revue Science le 12 février 2026, s'est produite de manière fortuite lors d'une vaste étude de la galaxie d'Andromède. L'auteur principal et astrophysicien Kishalay De, professeur à l'Université Columbia et chercheur au Flatiron Institute, avait initialement l'intention d'étudier les étoiles sous la lumière infrarouge. Au lieu de cela, son équipe a rencontré un objet stellaire inhabituel qui a brillé avant de sombrer dans une invisibilité totale, déclenchant une enquête d'une décennie sur la nature de la mort stellaire et de la formation des trous noirs.

Pourquoi cette étoile n'a-t-elle pas explosé en supernova pour former un trou noir ?

L'étoile n'a pas explosé en supernova parce que son onde de choc pilotée par les neutrinos était trop faible pour éjecter l'enveloppe externe, provoquant l'effondrement du cœur vers l'intérieur sous l'effet de la gravité. En tant qu'étoile appauvrie en hydrogène avec une masse initiale d'environ 13 masses solaires, elle a connu une cessation de la fusion nucléaire, menant à une implosion directe en un trou noir sans l'explosion habituelle de supernova. Ce phénomène est souvent désigné par les astronomes sous le terme de « supernova ratée ».

Les modèles standards d'évolution stellaire suggèrent que les étoiles massives devraient finir leur vie par une explosion éblouissante connue sous le nom de supernova, qui disperse les éléments lourds à travers le cosmos. Cependant, dans le cas de M31-2014-DS1, la pression interne générée par le cœur était insuffisante pour surmonter l'immense attraction gravitationnelle de sa propre masse. Plutôt qu'une violente déflagration vers l'extérieur, les couches de l'étoile ont été essentiellement englouties par la singularité en formation, un processus qui remet en question notre recensement actuel du nombre de trous noirs existant dans l'univers local.

Selon De, l'étoile a manifesté ce qu'il décrit comme un « dernier souffle » avant sa disparition. À l'approche de sa fin, l'étoile a expulsé ses couches externes, créant une augmentation temporaire de la luminosité dans le spectre infrarouge. Cette signature spécifique — un éclaircissement infrarouge suivi d'un black-out optique total — sert désormais de feuille de route pour identifier d'autres étoiles subissant un effondrement direct en trou noir sans les feux d'artifice traditionnels d'une supernova.

Comment les chercheurs ont-ils confirmé la disparition de M31-2014-DS1 ?

Les chercheurs ont utilisé des données d'archives à long terme de la mission NEOWISE de la NASA et du télescope spatial Hubble pour suivre la transition soudaine de l'étoile, passée d'une supergéante visible à un objet disparu. En analysant une décennie d'enregistrements infrarouges et optiques, ils ont pu écarter des théories alternatives telles que l'obscurcissement stellaire par des nuages de poussière en mouvement. Les données ont montré une perte permanente de luminosité sur plusieurs longueurs d'onde, confirmant un effondrement structurel total.

L'étude a tiré parti de la proximité de la galaxie d'Andromède, située à environ 2,5 millions d'années-lumière de la Terre. Parce que cette galaxie est notre voisine la plus proche, les observations étaient nettement plus lumineuses et plus faciles à examiner que les précédents candidats aux supernovas ratées. Cette proximité a permis à l'équipe de reconstituer l'histoire complète de l'étoile, ce que Daniel Holz, astrophysicien à l'Université de Chicago, a comparé à la découverte de « photos de bébé » d'un événement cosmique après les faits.

• NEOWISE de la NASA : A fourni des données cruciales dans le moyen infrarouge montrant les signatures thermiques finales de l'étoile.
• Télescope spatial Hubble : A confirmé l'absence de l'étoile en lumière visible après 2023.
• Observatoires terrestres : Ont surveillé la galaxie d'Andromède pour détecter des changements soudains dans les populations stellaires.

La méthodologie s'est concentrée sur l'éclaircissement infrarouge associé à l'expulsion de l'enveloppe de l'étoile. En recherchant ces signatures « ratées » plutôt que les éclairs brillants des supernovas traditionnelles, l'équipe a découvert qu'elle pouvait identifier des formations de trous noirs qui passeraient autrement inaperçues. Ce changement de méthodologie suggère que de nombreux trous noirs pourraient se cacher à la vue de tous, s'étant formés silencieusement tout au long de l'histoire de la galaxie.

Les observations du JWST confirmeront-elles la formation du trou noir ?

Les observations du JWST n'ont pas été officiellement confirmées comme faisant partie des résultats publiés, bien que les instruments infrarouges à haute sensibilité du télescope soient idéaux pour détecter toute lueur thermique résiduelle. Bien que les preuves actuelles de NEOWISE et de Hubble fournissent un solide soutien indirect en faveur d'un trou noir, la confirmation directe par la détection d'un disque d'accrétion ou de la chaleur résiduelle du gaz environnant reste un objectif pour de futures études. Le télescope spatial James Webb pourrait fournir la preuve définitive nécessaire pour clore le dossier.

Le rôle du télescope spatial James Webb (JWST) dans ce domaine est transformateur, car sa capacité à percer la poussière cosmique permet aux scientifiques de voir ce que les télescopes optiques ne peuvent pas. Pour M31-2014-DS1, le JWST pourrait potentiellement détecter les « braises mourantes » de l'étoile — la faible chaleur rayonnée par le gaz et la poussière qui ne sont pas tombés dans l'horizon des événements. Trouver cette signature infrarouge spécifique offrirait un regard sans précédent sur les conséquences immédiates d'un événement d'effondrement direct.

Malgré l'absence de données actuelles du JWST dans le rapport initial, la communauté scientifique reste optimiste. La nature fortuite de la découverte signifie que les coordonnées de M31-2014-DS1 sont désormais des cibles prioritaires pour l'imagerie de l'espace profond. Confirmer l'existence d'un trou noir calme de masse stellaire là où se trouvait autrefois une étoile massive validerait des décennies de physique théorique concernant les limites de masse de la stabilité stellaire.

Quelles sont les implications plus larges pour l'évolution des trous noirs ?

Cette découverte suggère que le paysage des étoiles capables de se transformer en trous noirs est beaucoup plus vaste que ce que la communauté scientifique prévoyait auparavant. M31-2014-DS1 s'est avérée avoir une masse environ cinq fois supérieure à celle du Soleil au moment de sa mort — soit environ la moitié de la taille que les modèles actuels prévoient normalement pour un candidat à l'effondrement direct. Cette découverte implique que des étoiles plus petites et moins massives pourraient également contourner la phase de supernova.

Les implications pour les modèles d'évolution stellaire sont significatives. Si un pourcentage plus élevé d'étoiles s'effondre directement en trous noirs, cela explique le problème de la « supernova manquante », où les astronomes observent moins d'explosions que ce que le nombre d'étoiles massives disparaissant de la vue ne suggérerait. Cela signifie également que la population totale de trous noirs dans des galaxies comme la Voie lactée et Andromède pourrait être nettement plus élevée qu'estimé précédemment.

Les recherches futures se concentreront désormais sur l'identification d'un plus grand nombre de ces « licornes astronomiques » dans les galaxies voisines. En surveillant le spectre infrarouge à la recherche de sursauts soudains suivis d'un affaiblissement permanent, les astrophysiciens espèrent établir un recensement plus précis des objets les plus mystérieux de l'univers. Comme l'a noté Kishalay De, cette recherche « nous oriente vers une toute nouvelle méthode d'identification de la disparition des étoiles », garantissant que la naissance silencieuse d'un trou noir ne passera plus inaperçue.