Le résumé de recherche est un bref aperçu de travaux universitaires intéressants.
La grande idée
Un flash lumineux de rayons gamma de la constellation de Boötes qui a duré près d’une minute est venu d’une kilonova, comme nous l’avons décrit dans un nouvel article. Cette découverte remet en question ce que les astronomes savent de quelques-uns des événements les plus puissants de l’univers.
L’explosion cosmique inhabituelle a été détectée par l’observatoire Neil Gehrels Swift le 11 décembre 2021, tandis que le satellite tournait autour de la Terre. Quand les astronomes ont pointé d’autres télescopes vers la partie du ciel d’où provenait cette grande explosion de rayons gamma – nommée GRB211211A -, ils ont vu une lueur de lumière visible et infrarouge dénommée kilonova. Les longueurs d’onde particulières de la lumière provenant de cette explosion ont permis à notre équipe d’identifier la source du sursaut gamma inhabituel quand deux étoiles à neutrons entrent en collision et fusionnent.
Les rayons gamma sont la forme de rayonnement électromagnétique la plus énergétique. En quelques secondes, un sursaut gamma émet la même quantité d’énergie que le Soleil émettra pendant sa vie. Les sursauts gamma sont les événements les plus puissants de l’univers, et les astronomes pensent que seuls deux scénarios cosmiques peuvent produire des sursauts gamma.
Les sources les plus courantes sont le décès d’étoiles 30 à 50 fois plus massives que le Soleil. La destruction catastrophique d’une de ces grandes étoiles s’appelle une supernova. Lorsqu’elles explosent, les étoiles créent des trous noirs qui consomment les débris restants. Ces trous noirs émettent un jet de matière et un rayonnement électromagnétique qui se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Quelques instants après que le trou noir a démarré à émettre ce flux de matière et de rayonnement à haute énergie, le jet produit une rafale de rayons gamma qui a la capacité de durer des minutes.
Le sursaut gamma inhabituel provient du petit point rouge dans le cercle de cette image. Le graphique montre à quel point la rafale était brillante et durable. Observatoire international Gemini/NOIRLab/NSF/AURA/M. Zamani/NASA/ESA/Eleonora Troja, CC BY-ND
Les kilonovae sont le deuxième type d’événements associés aux sursauts gamma. Les kilonovae se produisent lorsqu’une étoile à neutrons fusionne avec une autre étoile à neutrons ou est consommée par un trou noir. Les étoiles à neutrons sont des étoiles plutôt petites – environ 1,4 à 2 fois la masse du Soleil, mais seulement des dizaines de kilomètres de diamètre.
Quand deux de ces minuscules étoiles denses fusionnent pour produire un trou noir, elles laissent très peu de matière derrière elles. Par rapport au festin de longue durée qu’un trou noir reçoit après une supernova, les kilonovae laissent un trou noir avec un peu plus qu’une collation qui se traduit par une rafale de rayons gamma qui ne dure qu’une seconde ou deux au maximum.
Pendant plus de 20 ans, les astronomes ont pensé que les kilonovae accompagnaient les courts sursauts gamma et les supernovae les longs. Ainsi, quand notre équipe a démarré à examiner la richesse des informations et des images collectées durant la rafale d’une minute en décembre 2021, nous nous attendions à voir une supernova. À notre grande surprise, nous avons trouvé une kilonova.
Pourquoi est-ce important
Les kilonovae sont des usines cosmiques qui créent des métaux lourds, notamment de l’or, du platine, de l’iode et de l’uranium. Parce qu’ils enrichissent la composition chimique de l’univers, les kilonovae sont essentielles pour fournir les ingrédients de base pour la formation des planètes et de la vie.
La longue durée de GRB211211A contredit les théories existantes sur la relation entre les sursauts gamma et les supernovae et kilonovae. Cette découverte montre qu’il y a encore beaucoup d’astronomes comme nous qui ne comprennent pas ces processus puissants et importants et suggère qu’il peut y avoir d’autres façons dont l’univers peut produire des métaux lourds.
Les kilonovae sont responsables de la production de métaux lourds – comme l’or, l’uranium et l’iode – qui sont importants pour de nombreux processus dans l’univers.
Ce qui n’est pas encore connu
Les premières images et informations recueillies sur cet événement intéressant ressemblent à une kilonova produite à partir de la collision de deux étoiles à neutrons. Mais la longue rafale de rayons gamma jette un doute sur ce qui s’est exactement passé. Il est possible que l’un des joueurs ait été une étoile à neutrons rare avec un champ magnétique incroyablement puissant – appelé magnétar. L’éclatement pourrait aussi avoir été le résultat d’une étoile à neutrons déchirée par son trou noir compagnon. Ou les astronomes pourraient avoir été témoins d’un nouveau type de crash stellaire jusque-là inconnu.
Et après
Les quelques rencontres stellaires exotiques qui produisent des sursauts gamma peuvent se ressembler beaucoup à travers le spectre électromagnétique. Toutefois, les signatures d’ondes gravitationnelles uniques qu’ils produisent devraien être la clé pour résoudre l’énigme. Les détecteurs d’ondes gravitationnelles LIGO, Virgo et KAGRA n’ont pas vu GRB211211A, car ils étaient tous hors ligne pour des améliorations. S’ils peuvent attraper un sursaut gamma de longue durée après avoir recommencé à fonctionner en 2023, la combinaison des ondes gravitationnelles et des informations électromagnétiques pourrait résoudre le mystère de cet événement nouvellement découvert.
Eleonora Troja reçoit un financement du Conseil européen de la recherche dans le cadre du programme de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’Union européenne.
Simone Dichiara ne travaille pas pour, ne consulte pas, ne détient pas d’actions ou ne reçoit de financement d’aucune entreprise ou organisation qui bénéficierait de cet article, et n’a divulgué aucune affiliation pertinente au-delà de sa nomination académique.
