Vue d’artiste de GRB 211211A. Les scientifiques ont établi un lien entre ce sursaut gamma inhabituel d’une galaxie voisine et une fusion d’étoiles à neutrons. Crédit : Soheb Mandhai @TheAstroPhoenix
Un sursaut gamma d’une puissance inhabituelle (GRB 211211A), détecté depuis une galaxie voisine, a été lié à une fusion d’étoiles à neutrons par une équipe internationale de scientifiques. Il a été démontré que cette rafale, remarquable pour son excès de lumière infrarouge, provenait d’une kilonova, un événement censé se produire lorsque des étoiles à neutrons entrent en collision.
Les scientifiques ont établi un lien entre une explosion très inhabituelle de lumière à haute énergie provenant d’une galaxie voisine et une étoile à neutrons fusionnement.
L’événement, détecté en décembre 2021 par Nasade l’observatoire Neil Gehrels Swift et du télescope spatial à rayons gamma Fermi, était un sursaut gamma – une explosion extrêmement énergétique qui peut durer de quelques millisecondes à plusieurs heures.
Ce sursaut gamma, identifié comme GRB 211211A, a persisté pendant environ une minute – une explosion relativement longue, qui signalerait généralement l’effondrement d’une étoile massive en supernova. Mais cet événement contenait un excès de lumière infrarouge et était beaucoup plus faible et s’estompait plus rapidement qu’une supernova classique, laissant entendre que quelque chose de différent se passait.
Nouvelles découvertes et étude
Dans une étude récente, publiée dans la revue Nature, une équipe internationale de scientifiques a montré que la lumière infrarouge détectée dans le sursaut provenait d’une kilonova. Il s’agit d’un événement rare, que l’on pense être généré par des étoiles à neutrons, ou une collision entre une étoile à neutrons et un trou noir, produisant des éléments lourds tels que l’or et le platine. Jusqu’à présent, ces événements, appelés kilonovae, n’ont été associés qu’à des sursauts gamma d’une durée inférieure à deux secondes.
Le travail a été dirigé par Jillian Rastinejad à Université du nord-ouest aux États-Unis avec des physiciens du Université de Birmingham et l’Université de Leicester au Royaume-Uni et l’Université Radboud aux Pays-Bas.
Implications des conclusions
Le Dr Matt Nicholl, professeur agrégé à l’Université de Birmingham, a modélisé l’émission de kilonova. « Nous avons découvert que cet événement unique produisait environ 1 000 fois la masse de la Terre en éléments très lourds. Cela soutient l’idée que ces kilonovae sont les principales usines d’or dans l’univers », a-t-il déclaré.
Bien que jusqu’à 10% des sursauts gamma longs soient suspectés d’être causés par la fusion d’étoiles à neutrons ou d’étoiles à neutrons et de trous noirs, aucune preuve solide – sous la forme de kilonovae – n’avait été identifiée auparavant.
Le Dr Gavin Lamb, chercheur postdoctoral à l’Université de Leicester, a expliqué : « Un sursaut gamma est suivi d’une rémanence qui peut durer plusieurs jours. Ces rémanences se comportent d’une manière très caractéristique, et en les modélisant, nous pouvons exposer tous les composants d’émission supplémentaires, comme une supernova ou une kilonova.
Signification de GRB 211211A
La kilonova produite par GRB 211211A est la plus proche à avoir été découverte sans ondes gravitationnelles, et a des implications passionnantes pour la prochaine campagne d’observation des ondes gravitationnelles, à partir de 2023. Sa proximité dans une galaxie voisine à seulement 1 milliard d’années-lumière a donné aux scientifiques l’opportunité de étudier les propriétés de la fusion avec des détails sans précédent.
Un article connexe de la même collaboration dans Astronomie naturelledirigé par le Dr Benjamin Gompertz, professeur adjoint à l’Université de Birmingham, décrit certaines de ces propriétés.
Aperçus tirés de GRB 211211A
En particulier, l’équipe a identifié comment le jet d’électrons à haute énergie, voyageant presque à la vitesse de la lumière et provoquant le sursaut gamma, changeait avec le temps. Le refroidissement de ce jet s’est avéré être responsable de l’émission de GRB de longue durée.
Dans l’article, l’équipe a également décrit comment une observation attentive de GRB 211211A peut offrir des informations fascinantes sur d’autres sursauts gamma jusque-là inexpliqués qui semblent ne pas correspondre aux interprétations standard.
Le Dr Gompertz a déclaré: «Ce fut un GRB remarquable. Nous ne nous attendons pas à ce que les fusions durent plus de deux secondes environ. D’une manière ou d’une autre, celui-ci a propulsé un jet pendant presque une minute entière. Il est possible que le comportement puisse être expliqué par une étoile à neutrons de longue durée, mais nous ne pouvons pas exclure que ce que nous avons vu était une étoile à neutrons déchirée par un trou noir.
« Étudier davantage de ces événements nous aidera à déterminer quelle est la bonne réponse et les informations détaillées que nous avons obtenues de GRB 211211A seront inestimables pour cette interprétation.
Les travaux ont été financés par le Conseil européen de la recherche dans le cadre du projet KilonovaRank, qui exploite la puissance du Big Data pour enquêter sur de grands événements cosmiques.
