L'impression de cet artiste montre la fusion de deux étoiles à neutrons, entourées d'un coccon de matière libérée avec un jet qui éclate.
(Image: © Beabudai Design)
Une vue hyper détaillée de la première fusion d'étoiles à neutrons détectée révèle comment les collisions entre étoiles mortes peuvent générer certaines des explosions les plus puissantes de l'univers, selon une nouvelle étude.
En 2017, les astronomes ont vu une paire d'étoiles à neutrons fusionner pour la première fois. Les étoiles à neutrons sont les restes de grandes étoiles mortes dans des explosions cataclysmiques appelées supernovas. Le nom vient du fait que le l'attraction gravitationnelle de ces étoiles est assez forte pour écraser les protons et les électrons pour former des neutrons.
Les chercheurs ont fait la découverte de 2017 en détectant des ondulations dans le tissu de l'espace et du temps connues sous le nom d'ondes gravitationnelles, qui ont rayonné d'un crash entre une paire d'étoiles à neutrons situées à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre. Les scientifiques ont poursuivi la découverte de cette fusion, baptisée GW170817, avec des observations faites à partir de télescopes conventionnels.
Un peu plus d'une seconde après la détection des ondes gravitationnelles du GW170817, les chercheurs ont repéré, via un télescope, une courte rafale de rayons gamma. Ces éclats sont les explosions les plus puissantes de l'univers. Chaque événement générateur de salves, de quelques millisecondes à quelques minutes, dégage autant d'énergie que le soleil pendant toute sa durée de vie de 10 milliards d'années. Les rafales sont traditionnellement divisées en deux groupes - longs et courts - selon qu'ils durent respectivement plus ou moins de 2 secondes.
Les émissions de radio et de rayons X d'une durée de vie inhabituellement longue vues par le GW170817 se sont avérées être un défi à expliquer pour les scientifiques. Une possibilité est que cette rémanence déroutante était le résultat de jets de rayonnement puissants et étroits provenant des restes de la collision qui ont percé le reste des débris et ont été dirigés "hors axe" ou loin de la ligne de vue de la Terre. Un autre modèle suggère que ces jets n'ont pas percé les restes de la fusion mais les ont chauffés, donnant naissance à un cocon de matière en expansion.
Faire la lumière sur les conséquences du GW170817 pourrait éclairer les origines des courtes rafales de rayons gamma, ont déclaré les chercheurs de l'étude. Des travaux antérieurs ont révélé que les longs sursauts gamma sont probablement causés par des jets de matière tirés de supernovas à des vitesses relativistes ou proches de la vitesse de la lumière. "Les courtes rafales de rayons gamma, en revanche, sont restées un casse-tête", a déclaré à Space.com Om Sharan Salafia, astrophysicien à l'Observatoire astronomique de Brera en Italie et co-auteur de la nouvelle étude.
La cause de la rémanence du GW170817 était en débat car les recherches précédentes n'ont pas pu obtenir des images avec une résolution suffisante pour déduire la taille de la source de ces émissions. Pour aider à résoudre ce mystère, Salafia et ses collègues ont utilisé un ensemble de 32 radiotélescopes répartis sur les cinq continents pour examiner la rémanence radio du GW170817 environ 207 jours après la fusion. En combinant les données de cette matrice, les chercheurs ont essentiellement créé un seul radiotélescope extrêmement grand - un 7,380 miles (11,878 kilomètres) de large et suffisamment puissant pour obtenir une image plus nette de l'explosion.
Ces nouvelles découvertes suggèrent que cette source radio a une taille relativement étroite, ce qui ne prend pas en charge le modèle du cocon, selon les chercheurs. Au lieu de cela, les données suggèrent que GW170817 a généré un jet se déplaçant à des vitesses relativistes capables de percer les débris environnants dans l'espace interstellaire et au-delà.
"Notre" image ", grâce à sa résolution extrêmement élevée - proche de la résolution la plus élevée possible pour ce type d'observation - pourrait distinguer ces deux scénarios", a déclaré Salafia.
Ces découvertes «éclairent la nature des courtes rafales de rayons gamma; de la même manière que leurs cousins« longs », elles sont produites par des jets relativistes», Giancarlo Ghirlanda, astrophysicien à l'Observatoire astronomique de Brera et co-auteur de l'étude, a déclaré Space.com. Les chercheurs ont estimé qu'au moins 10% des fusions d'étoiles à neutrons génèrent de tels jets relativistes.
Les scientifiques ont détaillé leurs conclusions dans le numéro du 22 février de la revue Science.
