Réévaluation de M31-2014-DS1 : pourquoi l'étoile « disparue » d'Andromède remet en question les théories des supernovas avortées

Réévaluer M31-2014-DS1 : Pourquoi l'étoile « disparue » d'Andromède remet en question les théories des supernovas ratées

En 2014, les astronomes surveillant la galaxie d'Andromède (M31) ont été témoins d'une disparition cosmique rare et déroutante. Une supergéante jaune massive, désignée M31-2014-DS1, a commencé à faiblir rapidement, pour finir par disparaître de la vue optique. Pendant des années, le consensus scientifique dominant a suggéré qu'il s'agissait d'une « supernova ratée » — un événement dramatique où une étoile massive court-circuite l'explosion brillante et s'effondre directement en un trou noir. Cependant, une nouvelle étude menée par Noam Soker du Technion - Israel Institute of Technology suggère que ce « tour de disparition » pourrait ne pas être ce qu'il semble. En réévaluant les paramètres physiques requis pour qu'une supernova ratée se produise, Soker soutient que ce scénario est mathématiquement improbable et que l'étoile pourrait toujours être là, simplement cachée derrière un voile de poussière cosmique.

L'hypothèse de la supernova ratée

Le concept de supernova ratée est une pierre angulaire du mécanisme moderne de mort stellaire « piloté par les neutrinos ». Dans ce modèle, lorsque le cœur d'une étoile massive s'effondre, le flux de neutrinos qui en résulte emporte une quantité significative de masse-énergie. Cette perte soudaine d'attraction gravitationnelle provoque l'expansion des couches externes de l'étoile. Alors que la majeure partie de l'étoile s'effondre en un trou noir, une petite fraction de l'enveloppe est éjectée dans l'espace, une partie de la matière finissant par retomber vers la singularité nouvellement formée. Cette matière de « retombée » (fallback) est théorisée pour former un disque d'accrétion, alimentant des jets ténus et un événement transitoire de faible luminosité qui n'a pas l'éclat d'une supernova standard.

Pour M31-2014-DS1, des chercheurs avaient précédemment proposé que cette séquence exacte d'événements s'était produite, laissant derrière elle un trou noir d'environ cinq masses solaires. L'attrait de cette théorie réside dans sa capacité à expliquer pourquoi certaines des étoiles les plus massives de l'univers semblent disparaître sans la pyrotechnie attendue. Elle aide également à expliquer le problème des « supergéantes rouges manquantes » — l'observation selon laquelle nous voyons moins de progéniteurs de supernovas de grande masse que ne le prédisent les modèles d'évolution stellaire.

Le défi de l'ajustement fin

Dans ses dernières recherches, Noam Soker conteste la faisabilité de ce modèle, le caractérisant comme un « scénario de supernova ratée... raté ». Selon Soker, les conditions spécifiques requises pour correspondre aux observations de M31-2014-DS1 sont incroyablement étroites et physiquement improbables. Le modèle de la supernova ratée exige que moins de 1 % de la matière de retombée liée soit réellement accrétée par le trou noir. Si plus de matière était consommée, les jets résultants seraient bien plus énergétiques que ce qui a été observé dans Andromède.

Soker souligne une contradiction flagrante dans le calendrier de cet événement. Le modèle proposé suggère que les jets alimentés par l'accrétion doivent rester actifs pendant plus d'une décennie pour expliquer la courbe de lumière, alors que ces mêmes jets doivent d'une manière ou d'une autre échouer à interrompre l'afflux de gaz pendant cette même durée. « Je trouve cette exigence d'ajustement fin improbable », écrit Soker dans son analyse, notant que les boucles de rétroaction physique entre le gaz en accrétion et les jets sortants régulent généralement de tels systèmes de manière beaucoup plus agressive. La probabilité qu'un système maintienne un déséquilibre aussi délicat pendant dix ans est, selon Soker, presque nulle.

Convection et fluctuations du moment cinétique

Une part importante de la critique de Soker se concentre sur le rôle de la convection avant l'effondrement au sein de la supergéante jaune. Avant qu'une étoile ne s'effondre, ses couches externes sont un chaudron bouillonnant de cellules convectives. Ces cellules possèdent un moment cinétique stochastique — ou aléatoire. Lorsque l'étoile s'effondre, ce « tourbillon » ne disparaît pas simplement ; il dicte la manière dont la matière de retombée interagit avec le trou noir.

Soker soutient que même si l'étoile dans son ensemble tournait lentement, la turbulence interne serait suffisante pour former des disques d'accrétion intermittents. Ces disques lanceraient inévitablement des jets par un processus que Soker identifie au Jittering Jets Explosion Mechanism (JJEM, mécanisme d'explosion par jets vacillants). « La matière de retombée possède de grandes fluctuations de moment cinétique dues à la convection de l'enveloppe avant l'effondrement », explique Soker. Ses calculs suggèrent que ces fluctuations produiraient des jets assez énergétiques pour déclencher une explosion beaucoup plus brillante, plutôt que la lueur faible et déclinante observée en 2014. Le fait que M31-2014-DS1 n'ait pas explosé avec éclat suggère qu'un événement d'effondrement de cœur pourrait ne pas avoir eu lieu du tout.

Discrepances radiatives et scénarios alternatifs

Au-delà de la mécanique de l'accrétion, Soker identifie une divergence dans la lumière observée. Dans un scénario de supernova ratée, l'interaction entre les jets sortants et le gaz stellaire environnant devrait produire un rayonnement significatif à mesure que la matière se refroidit. Cependant, l'analyse de Soker a révélé que le rayonnement attendu d'une telle zone de refroidissement serait au moins d'un ordre de grandeur supérieur aux valeurs détectées par les télescopes. Ce décalage affaiblit davantage la thèse de la naissance d'un trou noir.

Alors, sinon une supernova ratée, qu'est-il arrivé à l'étoile ? Soker pointe vers une alternative : un phénomène transitoire optique de luminosité intermédiaire de type II (ILOT). Dans ce scénario, l'étoile fait partie d'un système binaire qui a subi une interaction violente ou une fusion partielle. De tels événements peuvent éjecter des quantités massives de gaz qui se condensent rapidement en poussière. Cette poussière agit comme un « linceul » cosmique, bloquant la lumière de l'étoile et lui donnant l'apparence d'avoir disparu. « L'affaiblissement est dû à l'éjection de poussière lors d'une interaction binaire violente », suggère Soker, notant que cette explication correspond aux données observées sans nécessiter de « paramètres d'ajustement fin improbables ».

Implications pour l'évolution stellaire

Le débat sur M31-2014-DS1 a des implications profondes pour notre compréhension des cycles de vie des étoiles les plus massives de l'univers. Si les supernovas ratées sont aussi rares que le suggère Soker, cela signifierait que la plupart des étoiles massives terminent bel et bien leur vie par des explosions brillantes, et que nos modèles actuels « pilotés par les neutrinos » pourraient nécessiter une révision importante. Cela suggérerait également que les progéniteurs « manquants » ne disparaissent pas dans des trous noirs, mais sont peut-être obscurcis par leur propre perte de masse en phase terminale ou par des interactions binaires.

Les travaux de Soker s'alignent sur d'autres études récentes, telles que celles de Beasor et al. (2026), qui utilisent des données du télescope spatial James Webb (JWST) et du Submillimeter Array (SMA). Ces observations n'ont pas réussi à détecter les signatures de haute énergie — telles que des flux spécifiques de rayons X — que l'on attendrait d'un trou noir nouvellement formé accrétant activement de la matière. Au lieu de cela, les données infrarouges suggèrent une distribution non sphérique de la poussière, une caractéristique des interactions d'étoiles binaires plutôt que de l'effondrement plus symétrique d'une étoile isolée.

Quelle suite pour le mystère d'Andromède

Le test ultime de la théorie de la « supernova ratée... ratée » de Soker sera le temps. Si l'étoile est simplement cachée derrière une enveloppe de poussière éjectée lors d'une interaction binaire, cette poussière finira par se dilater et s'amincir, ou l'étoile se déplacera au-delà du linceul. Soker a précédemment prédit que M31-2014-DS1 finirait par réapparaître, une « résurrection » qui infirmerait définitivement la théorie de l'effondrement en trou noir.

Les recherches futures se concentreront sur la surveillance à long terme du site dans les longueurs d'onde infrarouges et radio. Alors que des télescopes comme le JWST continuent de percer la poussière de la galaxie d'Andromède, les astronomes espèrent trouver la « preuve décisive » — soit la chaleur faible et persistante d'un système binaire caché, soit le silence indubitable d'un trou noir. Pour l'instant, le cas de la supergéante disparue reste une mise en garde sur la complexité de la mort stellaire et sur les dangers de supposer que lorsqu'une étoile disparaît, elle est partie pour de bon.