Les satellites de l'ESA, INTEGRAL et XMM-Newton, ont détecté et suivi un sursaut gamma provenant de la galaxie voisine M82, qui a été identifié comme une éruption provenant d'un magnétar, un type rare d'étoile à neutrons hautement magnétique. Cet événement, capturé et analysé par une équipe internationale dirigée par l'Université de Genève, marque la première éruption magnétar confirmée en dehors de la Voie lactée, approfondissant notre compréhension de ces puissants phénomènes cosmiques. Vue d'artiste d'un magnétar. Les magnétars sont les objets cosmiques dotés des champs magnétiques les plus puissants jamais mesurés dans l'Univers. Crédit : ESA
Une équipe internationale, aidée par les satellites de l'ESA et comprenant des chercheurs de l'UNIGE, a détecté une éruption massive émanant d'un magnétar, une étoile à neutrons extrêmement magnétique.
Alors que le satellite INTEGRAL de l'ESA balayait le ciel, il a détecté une vague de rayons gamma émanant de la galaxie voisine M82. Peu de temps après cette observation, le télescope spatial à rayons X XMM-Newton de l'ESA a recherché toute lueur résiduelle de l'événement mais n'a rien détecté. Un groupe de recherche international, auquel participent des collaborateurs de l'Université de Genève (UNIGE), a conclu que l'explosion était une éruption extragalactique provenant d'un magnétar, un jeune étoile à neutrons connu pour son champ magnétique intense. Cette découverte a été documentée dans la revue Nature.
Le 15 novembre 2023, le satellite INTEGRAL de l'ESA a repéré une explosion soudaine provenant d'un objet rare. Pendant seulement un dixième de seconde, une courte explosion de rayons gamma énergétiques est apparue dans le ciel. « Les données satellitaires ont été reçues au Centre de données scientifiques INTEGRAL (ISDC), basé sur le site Ecogia du Département d'astronomie de l'UNIGE, d'où une alerte sursaut gamma a été envoyée aux astronomes du monde entier, seulement 13 secondes après sa détection. » explique Carlo Ferrigno, chercheur associé principal au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, PI de l'ISDC et co-auteur de la publication. Le logiciel IBAS (Integral Burst Alert System) a fourni une localisation automatique coïncidant avec la galaxie M82, située à 12 millions d'années-lumière. Ce système d'alerte a été développé et est exploité par des scientifiques et ingénieurs de l'UNIGE en collaboration avec des collègues internationaux.
Un curieux signal provenant d’une galaxie proche
« Nous avons tout de suite compris qu’il s’agissait d’une alerte particulière. Les sursauts gamma proviennent de loin et de n'importe où dans le ciel, mais ce sursaut provenait d'une galaxie proche et brillante », explique Sandro Mereghetti de l'Institut national d'astrophysique (INAF-IASF) de Milan, en Italie, auteur principal de la publication et contributeur de l'IBAS. L'équipe a immédiatement demandé au télescope spatial XMM-Newton de l'ESA d'effectuer une observation de suivi de l'emplacement de l'explosion dès que possible. S'il s'agissait d'un bref sursaut gamma provoqué par la collision de deux étoiles à neutrons, la collision aurait créé ondes gravitationnelles et ont une rémanence dans les rayons X et la lumière visible.
Cependant, les observations de XMM-Newton n'ont montré que les gaz chauds et les étoiles de la galaxie. À l’aide de télescopes optiques au sol, notamment le Telescopio Nazionale Galileo italien et l’Observatoire français de Haute-Provence, ils ont également recherché un signal en lumière visible, démarrant seulement quelques heures après l’explosion, mais encore une fois, ils n’ont rien trouvé. Sans signal de rayons X ni de lumière visible, et sans ondes gravitationnelles mesurées par les détecteurs sur Terre (LIGO/VIERGE/KAGRA), l'explication la plus certaine est que le signal provenait d'un magnétar.
Magnétars : étoiles méga-magnétiques, récemment mortes
« Lorsque des étoiles plus massives que huit fois le Soleil meurent, elles explosent en une supernova qui laisse un trou noir ou une étoile à neutrons derrière. Les étoiles à neutrons sont des restes stellaires très compacts dont la masse est supérieure à celle du Soleil, regroupés dans une sphère de la taille du canton de Genève. Ils tournent rapidement et possèdent de puissants champs magnétiques. explique Volodymyr Savchenko, chercheur associé principal au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et co-auteur de la publication. Certaines jeunes étoiles à neutrons ont des champs magnétiques très puissants, plus de 10 000 fois supérieurs à ceux des étoiles à neutrons typiques. C’est ce qu’on appelle des magnétars. Ils émettent de l'énergie sous forme d'éruptions cutanées, et parfois ces éruptions sont gigantesques.
Cependant, au cours des 50 dernières années d’observations de rayons gamma, seules trois éruptions géantes ont été identifiées comme provenant de magnétars de notre galaxie. Ces éruptions sont très fortes : celle détectée en décembre 2004 provenait de 30 000 années-lumière de nous mais était encore suffisamment puissante pour affecter les couches supérieures de l'atmosphère terrestre, comme le font les éruptions solaires, venant de beaucoup plus près de nous.
L'éruption détectée par INTEGRAL est la première confirmation ferme d'une éruption magnétar en dehors du voie Lactée. M82 est une galaxie brillante où se produit la formation d’étoiles. Dans ces régions, des étoiles massives naissent, vivent de courtes vies turbulentes et laissent derrière elles une étoile à neutrons. « La découverte d'un magnétar dans cette région confirme que les magnétars sont probablement de jeunes étoiles à neutrons », ajoute Volodymyr Savchenko. La recherche d’autres magnétars se poursuivra dans d’autres régions de formation d’étoiles extra-galactiques, afin de comprendre ces objets astronomiques extraordinaires. Si les astronomes parviennent à en trouver beaucoup plus, ils pourront commencer à comprendre à quelle fréquence ces éruptions se produisent et comment les étoiles à neutrons perdent de l’énergie au cours du processus.
INTEGRAL, un instrument clé dans une course contre la montre
Des explosions d’une si courte durée ne peuvent être capturées que par hasard lorsqu’un observatoire pointe déjà dans la bonne direction. Cela rend INTEGRAL, avec son grand champ de vision, plus de 3000 fois supérieur à la zone du ciel couverte par la Lune, si important pour ces détections.
Carlo Ferrigno explique : « Notre système de traitement automatique des données est très fiable et nous permet d'alerter immédiatement la communauté. » Lorsque des observations inattendues comme celle-ci sont détectées, INTEGRAL et XMM-Newton peuvent être flexibles dans leurs horaires, ce qui est essentiel pour les découvertes cruciales. Dans ce cas, si les observations avaient été effectuées ne serait-ce qu'un jour plus tard, il n'y aurait pas eu de preuve aussi solide qu'il s'agissait bien d'un magnétar et non d'un sursaut gamma.