Le M15 possède un système d'étoiles à neutrons doubles qui finira par fusionner violemment. Crédit d'image: NOAO Cliquez pour agrandir
Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes de l'univers, émettant d'énormes quantités de rayonnement à haute énergie. Pendant des décennies, leur origine était un mystère. Les scientifiques croient maintenant comprendre les processus qui produisent des sursauts gamma. Cependant, une nouvelle étude de Jonathan Grindlay du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) et de ses collègues, Simon Portegies Zwart (Astronomical Institute, Pays-Bas) et Stephen McMillan (Drexel University), suggère une source précédemment négligée pour certains éclats de rayons: rencontres stellaires au sein d'amas globulaires.
"Jusqu'à un tiers de toutes les courtes rafales de rayons gamma que nous observons peuvent provenir de la fusion des étoiles à neutrons dans des amas globulaires", a déclaré Grindlay.
Les sursauts gamma (GRB) se déclinent en deux «saveurs» distinctes. Certains durent jusqu'à une minute, voire plus. Les astronomes pensent que ces longs GRB sont générés lorsqu'une étoile massive explose dans une hypernova. Les autres rafales ne durent qu'une fraction de seconde. Les astronomes théorisent que les GRB courts proviennent de la collision de deux étoiles à neutrons, ou d'une étoile à neutrons et d'un trou noir.
La plupart des systèmes d'étoiles à double neutron résultent de l'évolution de deux étoiles massives déjà en orbite l'une autour de l'autre. Le processus de vieillissement naturel fera que les deux deviendront des étoiles à neutrons (si elles commencent avec une masse donnée), qui s'enroulent ensuite ensemble sur des millions ou des milliards d'années jusqu'à ce qu'elles fusionnent et libèrent un sursaut de rayons gamma.
Les recherches de Grindlay indiquent une autre source potentielle de GRB courts - les amas globulaires. Les amas globulaires contiennent certaines des étoiles les plus anciennes de l'univers entassées dans un espace restreint de seulement quelques années-lumière. Ces quartiers serrés provoquent de nombreuses rencontres stellaires étroites, dont certaines conduisent à des échanges d'étoiles. Si une étoile à neutrons avec un compagnon stellaire (comme une naine blanche ou une étoile de la séquence principale) échange son partenaire avec une autre étoile à neutrons, la paire résultante d'étoiles à neutrons finira par se former en spirale et se heurtera de manière explosive, créant une explosion de rayons gamma.
"Nous voyons ces systèmes précurseurs, contenant une étoile à neutrons sous la forme d'un pulsar milliseconde, partout dans les amas globulaires", a déclaré Grindlay. «De plus, les grappes globulaires sont si serrées que vous avez beaucoup d'interactions. C’est un moyen naturel de fabriquer des systèmes à double étoile à neutrons. »
Les astronomes ont effectué environ 3 millions de simulations informatiques pour calculer la fréquence avec laquelle les systèmes à double étoile à neutrons peuvent se former en amas globulaires. Sachant combien se sont formés au cours de l'histoire de la galaxie et approximativement combien de temps il faut pour qu'un système fusionne, ils ont ensuite déterminé la fréquence des courtes rafales de rayons gamma attendues des binaires des amas globulaires. Ils estiment qu'entre 10 et 30 pour cent de toutes les courtes rafales de rayons gamma que nous observons peuvent résulter de tels systèmes.
Cette estimation tient compte d'une curieuse tendance révélée par les récentes observations du GRB. Les fusions et donc les salves de binaires d'étoiles à neutrons dits «à disque» - des systèmes créés à partir de deux étoiles massives qui se sont formées ensemble et sont mortes ensemble - sont estimées se produire 100 fois plus fréquemment que les salves de binaires à amas globulaires. Pourtant, la poignée de GRB courts qui ont été localisés avec précision ont tendance à provenir de halos galactiques et d'étoiles très anciennes, comme prévu pour les amas globulaires.
"Il y a un gros problème de comptabilité ici", a expliqué Grindlay.
Pour expliquer cet écart, Grindlay suggère que les rafales des binaires de disque sont probablement plus difficiles à repérer car elles ont tendance à émettre des radiations dans des explosions plus étroites visibles dans moins de directions. Un «rayonnement» plus étroit peut résulter de la collision d'étoiles dont les spins sont alignés avec leur orbite, comme prévu pour les binaires qui ont été ensemble depuis leur naissance. Les étoiles nouvellement jointes, avec leurs orientations aléatoires, peuvent émettre des rafales plus larges lorsqu'elles fusionnent.
«Les GRB plus courts proviennent probablement de systèmes de disques - nous ne les voyons tout simplement pas», a expliqué Grindlay.
Seulement environ une demi-douzaine de GRB courts ont été localisés avec précision par des satellites à rayons gamma récemment, ce qui rend les études approfondies difficiles. À mesure que d'autres exemples sont rassemblés, les sources des GRB courts devraient être mieux comprises.
L'article annonçant cette découverte a été publié dans le numéro en ligne du 29 janvier de Nature Physics. Il est disponible en ligne sur http://www.nature.com/nphys/index.html et sous forme de préimpression sur http://arxiv.org/abs/astro-ph/0512654.
Basée à Cambridge, dans le Massachusetts, le Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) est une collaboration conjointe entre le Smithsonian Astrophysical Observatory et le Harvard College Observatory. Les scientifiques du CfA, organisés en six divisions de recherche, étudient l'origine, l'évolution et le destin ultime de l'univers.
Source d'origine: Communiqué de presse de la CfA
