Dans tout l'univers, à 5,5 milliards d'années-lumière, un certain nombre de télescopes ont enregistré un flash lumineux d'un court sursaut gamma. Très similaire à l'explosion d'une étoile kilonova.
Les astronomes ont tenté de relier les données à une collision d'étoiles à neutrons, qui a été enregistrée pour la première fois de l'histoire en 2017.
La découverte de 2017, connue sous le nom de GW 170817, a été une grande aubaine: une énorme quantité de données sur une variété de signaux qui nous aident à comprendre les événements et à reconnaître ce que nous recherchons si un phénomène similaire réapparaît.
Mais il y a quelque chose dans le kilonova accompagnant le sursaut gamma, appelé GRB 200522A, très différent de cette collision d'étoiles à neutrons. La fusée éclairante, capturée par le télescope spatial Hubble dans le proche infrarouge, était incroyablement brillante – 10 fois plus brillante que les modèles de collision d'étoiles à neutrons prédits.
«Ces observations ne cadrent pas avec les explications traditionnelles des courtes rafales de rayons gamma», a déclaré l'astronome Wen-fi Fong de l'Université Northwestern.
«Compte tenu de ce que nous savons sur la radio et les rayons X de cette explosion, il ne s’agit pas d’une collision. Le rayonnement proche infrarouge que nous détectons avec Hubble est trop brillant.
Le rayonnement a été détecté pour la première fois par le Neil Gerels Swift Observatory de la NASA, un télescope spatial conçu pour détecter les sursauts gamma. Dès que l'avertissement a été reçu, d'autres télescopes spatiaux et terrestres ont commencé à s'accorder sur le site de l'explosion.
Un très grand tableau, W.M. L'Observatoire Keck et le réseau de télescopes mondiaux de l'Observatoire Las Cumbres ont travaillé pour obtenir un profil électromagnétique d'un événement allant des ondes radio aux rayons X. Ils ont montré qu'il s'agissait d'un court sursaut gamma – un type d'explosion de moins de deux secondes associé à la fusion d'étoiles à neutrons.
Mais le télescope spatial Hubble, qui observe le phénomène dans le proche infrarouge, a changé l'esprit des scientifiques.
«Lorsque les données sont arrivées, nous avons formé une image du mécanisme d'émission de lumière que nous avons vu», a déclaré l'astronome Tanmoy Laskar de l'Université de Bath au Royaume-Uni.
«Nous avons dû changer complètement notre processus de pensée parce que les informations ajoutées par Hubble nous ont fait comprendre que nous devons abandonner la pensée traditionnelle et supposer qu'un nouveau phénomène se produit. Ensuite, nous avons dû comprendre ce que signifiaient ces explosions extrêmement puissantes pour la physique.
La collision de deux étoiles à neutrons – les noyaux qui s'effondrent d'étoiles mortes – est un événement marquant. Les étoiles à neutrons sont minuscules et denses, environ 1,1 à 2,5 fois la masse du Soleil, mais emballées dans une sphère de seulement 20 kilomètres de diamètre.
Lorsqu'ils entrent en collision, ils libèrent une énorme quantité d'énergie sous la forme d'une explosion d'une étoile kilonova 1000 fois plus brillante qu'une nova normale. Cela s'accompagne d'une explosion de rayons gamma à haute énergie provenant de jets de matière éjectée se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Le kilonova lui-même est une lueur dans les gammes d'ondes optiques et infrarouges causées par la désintégration radioactive des éléments lourds. Les astronomes pensent que deux étoiles à neutrons dans GW 170817 ont fusionné pour former un trou noir. Les chercheurs pensent que la luminosité proche infrarouge du kilon GRB 200522A indique que les deux étoiles à neutrons ont fusionné pour former autre chose: un magnétar.
Les magnétars sont un type d'étoile à neutrons, mais ils ont des champs magnétiques incroyablement puissants – environ 1000 fois plus puissants que l'étoile à neutrons moyenne.
Les magnétars sont très rares; seuls 24 ont été découverts à ce jour dans la Voie lactée. Pour cette raison, il nous est assez difficile de comprendre comment ils surviennent. Si deux étoiles à neutrons associées à GRB 200522A formaient un magnétar, cela nous donne un nouveau mécanisme par lequel ces étoiles extrêmes pourraient apparaître.
«Nous savons que les magnétars existent parce que nous les voyons dans notre galaxie», a déclaré Fong.
«Nous pensons que la plupart d'entre eux sont formés par des explosions d'étoiles massives, laissant des étoiles à neutrons hautement magnétisées. Cependant, il est possible qu'une petite fraction d'entre eux soit formée par la fusion d'étoiles à neutrons. Nous n'avons jamais vu de preuves de cela auparavant.
À ce jour, un seul kilonova, GW 170817, a été confirmé et bien caractérisé.
Mais la nouvelle étude est une étape vers le catalogage de la variété possible d'étoiles kilons et la compréhension de la gamme de résultats lorsque deux étoiles à neutrons entrent en collision.
L'étude est acceptée pour publication dans The Astrophysical Journal et est disponible sur arXiv.
Sources: Photo: (NASA, ESA et D. Player / STScI)
