Un sursaut gamma de 50 secondes détecté sur Terre remet en question la compréhension du fonctionnement de l’univers
Le sursaut gamma (GRB) de 50 secondes qui a balayé le système solaire a contesté l’origine de ces sursauts – les plus brillants et les plus énergétiques depuis le Big Bang.
On pensait autrefois que ces théories génétiques de longue date ne provenaient que de l’effondrement d’étoiles massives pouvant représenter des dizaines à des centaines de fois la masse de notre Soleil. Les ondes de choc massives créées lors de l’effondrement d’une étoile font exploser la partie externe de l’étoile en une supernova et peuvent laisser un trou noir.
Les GRB de moins de 2 secondes sont considérés comme courts et seraient causés par la fusion d’une étoile à neutrons avec un autre objet compact – soit une autre étoile à neutrons, soit un trou noir. L’explosion qui en résulte s’appelle une kilonova, et elle est beaucoup plus petite qu’une supernova.
Mais une équipe d’astrophysiciens vient de publier un article disant qu’un GRB de 50 secondes, découvert en décembre 2021, était le résultat d’une fusion d’étoiles à neutrons, malgré la longue durée de l’explosion.
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Les chercheurs, dirigés par une équipe de la Northwestern University aux États-Unis, ont décidé d’étudier le GRB, nommé GRB211211A, car il se trouvait à une distance relativement proche de 1,1 milliard d’années-lumière. Ils ont utilisé de nombreux télescopes qui pouvaient observer à travers le spectre électromagnétique.
Northwestern a déclaré qu’après avoir examiné des images dans le proche infrarouge, l’équipe a détecté un objet incroyablement faible et qui s’estompe rapidement.
Simonet (Sonoma State University) et le Goddard Space Flight Center de la NASA
Deux étoiles à neutrons commencent à fusionner dans cette illustration, projetant un jet de particules à grande vitesse et produisant un nuage de débris.
Les supernovae ne s’estompent pas aussi rapidement et sont beaucoup plus lumineuses, de sorte que l’équipe savait qu’elle avait trouvé quelque chose d’inattendu qui était auparavant considéré comme impossible. Ils ont trouvé une signature révélatrice d’une kilonova – le résultat de fusions d’étoiles à neutrons.
Parce que les étoiles à neutrons sont des objets propres et compacts, les chercheurs pensaient auparavant que les étoiles à neutrons n’avaient pas assez de matière pour alimenter un GRB de longue durée, a déclaré Northwestern.
« Lorsque vous assemblez deux étoiles à neutrons, il n’y a pas vraiment beaucoup de masse », a déclaré Wen Fei-fung, professeur adjoint de physique et d’astronomie à l’Université Northwestern. Une petite masse s’est accumulée, entraînant une explosion à très courte portée.
« Cette découverte inattendue marque non seulement un changement majeur dans notre compréhension, mais elle ouvre également une nouvelle fenêtre passionnante de découverte. »
NASA, Agence spatiale européenne, Rastingad, et al. (2022), Troja et al. (2022) et Gladys Cooper (Université catholique d’Amérique)
Une vue du site de GRB 211211A, entourée de rouge, prise à l’aide de trois filtres sur la caméra grand champ 3 de Hubble.
Northwestern a déclaré que Kilonova n’était pas la seule partie étrange de l’étude.
La galaxie hôte du GRB était également curieuse. La galaxie hôte, nommée SDSS J140910.47 + 275320.8, était jeune et en formation d’étoiles, presque contrairement au seul hôte local connu de l’univers d’un événement de fusion d’étoiles à neutrons.
Cette galaxie est assez jeune, forme activement des étoiles et n’est pas si massive que ça. En fait, cela ressemble plus aux petits hôtes GRB vus au plus profond de l’univers », a déclaré Anya Nugent, doctorante en astronomie.
« Je pense que cela change notre vision des types de galaxies que nous devrions regarder lorsque nous recherchons des kilonovas à proximité. »
NASA / Swift / Cruz de Wilde
Les astronomes pensent que GRB 221009A marque la naissance d’un nouveau trou noir qui s’est formé au cœur d’une étoile en train de s’effondrer. Comme illustré ici, un trou noir entraîne de puissants jets de particules approchant la vitesse de la lumière.
Cela a également changé la façon dont les astrophysiciens pourraient aborder la recherche d’éléments lourds, tels que le platine et l’or, a déclaré Northwestern.
Les astrophysiciens pensaient que les explosions de supernova et les fusions d’étoiles à neutrons produisaient les éléments les plus lourds, mais des signes clairs de leur création étaient rarement observés.
« Une kilonova est déclenchée par la désintégration radioactive de certains des éléments les plus lourds de l’univers », a déclaré la doctorante Jillian Rastenjad, qui a dirigé l’étude.
« Mais les kilonovae sont très difficiles à remarquer et elles s’estompent très rapidement. Maintenant, nous savons que nous pouvons également utiliser de longues rafales de rayons gamma pour rechercher plus de kilonovae. »
La La recherche a été publiée dans la revue Nature.
NASA/SWIFT/A. Beardmore (Université de Leicester)
Rémanence de GRB 221009A environ une heure après sa première détection, capturée par le télescope à rayons X de l’observatoire Swift de la NASA
Pendant ce temps, un autre sursaut gamma – GRB 221009A – a excité les astronomes du monde entier.
Cet événement, en octobre, a été exceptionnellement lumineux et prolongé. Il a été détecté pendant plus de 10 heures, avec des télescopes du monde entier pointant vers le site ou l’origine.
Le signal avait parcouru environ 1,9 milliard d’années, et les astronomes pensent qu’il représentait la naissance d’un trou noir, qui s’est formé au cœur d’une étoile massive s’effondrant sous son propre poids.
« Dans ces conditions, le trou noir émergent entraîne de puissants jets de particules proches de la vitesse de la lumière. Les jets traversent l’étoile, émettant des rayons X et des rayons gamma lorsqu’ils traversent l’espace », a déclaré la NASA.
