DEUX ONDES GRAVITATIONNELLES À 7 HEURES D'ÉCART, ET UNE SUPERNOVA

Quand une étoile massive s’effondre, elle explose en supernova et laisse une étoile à neutrons ou un trou noir. Si ce reste fait partie d’un couple bien disposé, il fusionnera peut-être un jour avec son compagnon, en envoyant des ondes gravitationnelles à travers l’Univers. Mais ce jour vient d’ordinaire longtemps après l’explosion : au moins 100 000 ans environ. D’abord l’effondrement, bien plus tard la fusion : c’est le schéma classique.

Des observations récentes ont commencé à le brouiller. Certains sursauts gamma — de brefs et intenses éclairs de lumière de haute énergie venus d’explosions lointaines — ressemblent à la fois à une fusion et à un effondrement, et deux supernovae « de type IIb » — des explosions d’étoiles dépouillées de presque tout leur hydrogène — ont été discutées en 2025 aux côtés de faibles candidats d’ondes gravitationnelles, sans conclusion ferme. Une idée pourrait expliquer de tels cas : dans une étoile en rotation rapide qui s’effondre, le disque dense de matière qui tourne autour du trou noir naissant pourrait se briser en fragments, qui fusionnent entre eux ou tombent dans le trou noir en quelques heures.

Une fouille dans les archives

Sheng Yang, de l’Académie des sciences du Henan, en Chine, Zong-Hong Zhu, de l’université normale de Pékin, et 23 collègues en Chine, à Taïwan, aux États-Unis, en Australie, en Italie et en Suède ont cherché systématiquement. Ils ont pris les alertes publiques émises par les détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA d’avril 2019 à janvier 2025 — dont 43 avec une certaine probabilité d’impliquer une étoile à neutrons — et 676 supernovae dépouillées repérées par le Zwicky Transient Facility. Ils ont cherché des supernovae situées dans la région du ciel d’une alerte et atteignant leur pic 10 à 30 jours après elle.

La recherche a donné deux correspondances — toutes deux avec la même supernova, SN 2019rsq. Elle relie deux alertes du 10 septembre 2019 : S190910d, puis S190910h, 7,1 heures plus tard. À l’époque, chaque alerte avait déclenché son propre suivi ; la supernova n’a été découverte que des semaines après. Le trio n’est apparu qu’après coup.

Les régions du ciel de S190910d (gris) et S190910h (orange) se recouvrent là où se trouve SN 2019rsq (carré rouge, sa galaxie en haut à droite) ; en bas à droite, leurs fourchettes de distance sont compatibles avec les 140,6 mégaparsecs de la supernova (trait rouge). — Figure 1, Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.

Une paire rare ?

Des alertes rapprochées dans le temps, cela arrive. Mais ici, les deux régions du ciel se recouvrent aussi en trois dimensions : leurs fourchettes de distance s’accordent entre elles et avec la distance de la supernova, 140,6 mégaparsecs (le mégaparsec est l’unité des astronomes pour les distances entre galaxies). Pour mesurer à quel point c’est inhabituel, l’équipe a rebattu un million de fois les dates des alertes. Une paire sans lien aussi proche dans le temps et dans l’espace sort avec une probabilité de 7,6 × 10⁻⁵, environ une sur 13 000. Parmi les 43 alertes, dix paires tombaient à moins de 5 jours d’écart, mais trois seulement se recouvraient en 3D, et celle-ci combinait le délai le plus court et le plus grand recouvrement.

La supernova seule, en revanche, n’a rien de surprenant : la probabilité qu’une IIb sans lien explose dans ce volume à ce moment-là est d’environ 35 %. L’anomalie, c’est la paire de signaux ; la supernova fournit l’étoile effondrée qui pourrait les relier.

Les deux signaux sont faibles. Réanalysés, ils ressemblent tous deux à de vrais signaux et dépassent le bruit de fond des données voisines, mais aucun ne compte comme une détection sûre. Une équipe indépendante avait déjà retrouvé le premier, avec 58 % de probabilité d’être d’origine astrophysique.

Ce que dit chaque signal

Les signaux portent les masses des objets qui fusionnent. S190910d paraît très déséquilibré : environ 34 masses solaires avec un partenaire d’environ 3. S190910h est léger : environ 2,5 et 1,3 masses solaires, typique d’étoiles à neutrons.

SN 2019rsq, découverte le 1ᵉʳ octobre 2019 par le relevé Pan-STARRS, a atteint son pic environ 24 jours après le premier signal — un temps de montée normal pour une IIb si l’étoile s’est effondrée à ce moment-là. Les données ne permettent pas de dater précisément l’explosion, mais des modèles qui la placent à moins de trois jours de S190910d reproduisent sa lumière. C’est une supernova rapide, située sur une queue de marée — une longue traînée d’étoiles et de gaz arrachée par une rencontre gravitationnelle — d’une galaxie perturbée qui forme des étoiles.

Une étoile, plusieurs fusions ?

Le scénario proposé : une étoile en rotation s’effondre en un trou noir dont le disque se fragmente (1) ; un fragment de 3 masses solaires tombe dans le trou noir de 34 masses solaires, S190910d (2) ; deux fragments légers fusionnent 7,1 heures plus tard, S190910h (3) ; des rencontres ultérieures pourraient produire des signaux retardés (4). — Figure 4, Yang et al. (2026), arXiv:2611.00440.

L’équipe propose une origine commune. Une étoile massive en rotation rapide s’effondre en un trou noir de plusieurs dizaines de masses solaires, entouré d’un disque qui se brise en fragments. Un fragment grossi jusqu’à environ 3 masses solaires spirale vers le trou noir central : c’est S190910d. Ailleurs dans le disque, deux fragments plus légers s’apparient et fusionnent : c’est S190910h. Les temps de spirale calculés — d’environ une heure à plusieurs heures — couvrent sans peine les 7,1 heures d’écart.

Les auteurs restent prudents. Les probabilités ne tiennent pas compte de toutes les recherches qu’on aurait pu mener, et un long sursaut gamma vu cinq jours plus tard dans la même vaste région n’est pas compté comme une preuve. Les relevés radio n’ont rien vu, ce qui rend improbable un jet puissant et durable. Que SN 2019rsq soit une coïncidence rare ou le premier exemple d’une étoile qui a émis plusieurs signaux d’ondes gravitationnelles en mourant, les prochaines campagnes d’observation, associées aux grands relevés du ciel, devraient dire si de telles salves se répètent.