Pa 30, rémanent de SN 1181 : Gemini North découvre des nœuds dans son feu d’artifice de filaments

Une nouvelle étoile dans Cassiopée

Entre le 4 et le 6 août 1181, des observateurs ont remarqué dans Cassiopée une étoile là où aucune ne brillait auparavant. Elle est restée visible 185 jours, et huit textes distincts en gardent la trace ; comme ces témoignages indépendants concordent, on sait de façon fiable quand elle est apparue et, à peu près, où.

SN 1181 est l’une des cinq seules supernovae de notre Galaxie bien documentées avant l’invention du télescope. Une explosion de cette ampleur laisse normalement derrière elle un nuage de débris en expansion : les astronomes en ont donc cherché un. Le rémanent 3C 58 a longtemps été le candidat favori, mais son âge estimé jette un sérieux doute sur cette identification. SN 1181 restait ainsi la seule supernova historique du dernier millénaire sans rémanent confirmé.

L’étoile qui a survécu à sa propre explosion

Pa 30 n’a été découverte qu’en 2013, et pas par un professionnel. L’astronome amateur américain Dana Patchick l’a repérée en fouillant les données infrarouges du satellite WISE à la recherche de nébuleuses planétaires ; c’était la 30e nébuleuse qu’il trouvait, d’où le numéro qu’elle porte.

En 2021, une équipe dirigée par Andreas Ritter l’a rattachée à SN 1181. Le gaz de Pa 30 se déplace à environ 1 100 km/s ; à cette vitesse, le nuage aurait mis à peu près mille ans pour atteindre sa taille actuelle. La position de la nébuleuse concorde en outre, à 3,5 degrés près, avec celle que donnent les relevés chinois et japonais.

Ce qui rend Pa 30 unique, c’est l’étoile qui se trouve en son centre, IRAS 00500+6713. Sa température de surface avoisine 200 000 kelvins, et elle émet un vent stellaire d’environ 16 000 km/s. L’étoile comme le nuage semblent dépourvus d’hydrogène et d’hélium. Cette composition est compatible avec la fusion de deux naines blanches, ces cœurs denses que laissent derrière elles les étoiles semblables au Soleil. Une telle fusion peut déclencher une supernova de type Iax : une explosion ordinaire de type Ia détruit entièrement la naine blanche qui explose, alors qu’une explosion de type Iax, plus faible, reste incomplète, si bien qu’une étoile y survit. Pa 30 est le seul rémanent de type Iax connu dans la Voie lactée.

Un feu d’artifice fait de nœuds

Des images antérieures, prises dans la raie du soufre ionisé, montraient un nuage d’environ 170 secondes d’arc de diamètre (un peu moins de trois minutes d’arc, soit le dixième du diamètre de la pleine lune), parcouru de dizaines de filaments rectilignes qui rayonnent tous à partir de l’étoile centrale. C’est cette structure qui vaut à Pa 30 d’être comparée à un feu d’artifice.

Les nouvelles images, analysées par une équipe dirigée par Timothy Cunningham et Ilaria Caiazzo, proviennent du spectrographe GMOS de Gemini North. Elles révèlent environ dix fois plus de filaments que n’en avaient recensé les études précédentes, et montrent que ces filaments ne sont pas des traînées lisses, mais des chapelets de petits nœuds, comme les perles d’un collier. On estime qu’un nœud typique mesure environ 100 milliards de kilomètres de diamètre, plusieurs centaines de fois la distance de la Terre au Soleil. Les images montrent aussi, pour la première fois, que la faible lueur de l’oxygène provient des mêmes filaments que la lumière du soufre.

Ces nœuds ont leur importance : un écoulement parfaitement homogène resterait lisse. Un chapelet de nœuds laisse penser que le gaz qui entourait l’étoile présentait des variations de température ou de densité, et que ces variations ont fragmenté les débris à mesure qu’ils s’éloignaient. La façon dont les filaments se sont formés au départ fait toujours débat ; tout modèle devra désormais reproduire les nœuds.

L’équipe a également constaté que le centre géométrique de la nébuleuse coïncide avec l’étoile. Une explosion dissymétrique aurait déporté l’étoile survivante hors du centre ; puisqu’elle s’y trouve toujours, une éventuelle poussée latérale n’a pu lui imprimer qu’une vitesse inférieure à environ 100 km/s, ce qui indique une explosion plutôt symétrique.

Où se trouve Pa 30, et pourquoi elle relève de l’astrophotographie

Pa 30 se trouve dans Cassiopée, par 0 h 53 min 11 s d’ascension droite et +67° 30′ de déclinaison. À cette déclinaison, elle est circumpolaire partout au nord de 22,5° N environ : depuis l’Europe et la majeure partie de l’Amérique du Nord, elle ne se couche jamais. Elle est au plus haut vers minuit début octobre, en soirée en novembre et en décembre, et à la tombée de la nuit en janvier. Au sud d’environ 22,5° S, elle ne se lève jamais. Elle est située à environ 7 500 années-lumière (2,3 kiloparsecs).

Aucune magnitude visuelle de la nébuleuse ne semble avoir été publiée, et les images détaillées de ses filaments proviennent de télescopes professionnels équipés de filtres à bande étroite, dont tout récemment Gemini North. Pa 30 est une cible pour l’imagerie en bande étroite à longue pose, pas pour l’observation visuelle à l’oculaire.