Les lumières les plus brillantes de l’univers clignotent parce que les violentes expulsions de gaz des étoiles mourantes vacillent.
C’est la conclusion d’une étude publiée mercredi dans la revue The Astrophysical Journal LettersUne équipe d’astrophysiciens de l’université Northwestern, dans l’Illinois, a utilisé la modélisation informatique pour mieux comprendre les collapsars, des étoiles massives et mourantes qui s’effondrent pour former des trous noirs. On pense qu’en mourant, ces étoiles génèrent des sursauts gamma, ou GRB (gamma ray bursts), des éclairs lumineux incroyablement brillants mais brefs qui, jusqu’à présent, laissaient les scientifiques perplexes, car ils clignotaient également.
La nouvelle étude ne fournit pas seulement aux scientifiques une meilleure compréhension de la formation des trous noirs, et de la raison pour laquelle les GRBs clignotent, mais pourrait les forcer à revoir entièrement leur compréhension de la prévalence des GRBs dans le cosmos.
Lorsque des étoiles extrêmement massives n’ont plus de combustible pour alimenter leurs feux thermonucléaires, elles s’effondrent sous leur propre poids pour former un trou noir. Mais toute la masse de l’étoile ne disparaît pas d’un seul coup dans le trou noir, et comme le gaz stellaire se comprime en un disque tourbillonnant à l’intérieur du cœur de l’étoile en tombant dans le trou noir, il génère d’énormes énergies, qui éclatent à l’extérieur sous la forme d’un jet de gaz chaud et de rayonnement.
Ces jets sont les événements les plus puissants de l’univers”, a déclaré Ore Gottlieb, astrophysicien à l’université Northwestern et auteur de l’étude, dans un communiqué. “Des études précédentes ont essayé de comprendre leur fonctionnement, mais ces études étaient limitées par la puissance de calcul et devaient inclure de nombreuses hypothèses. Nous avons été en mesure de modéliser l’ensemble de l’évolution du jet.”
Leur modèle a montré que les jets ne génèrent des GRBs qu’une fois qu’ils ont traversé ce qui reste de l’étoile et se sont échappés dans l’espace.
“Le jet génère un GRB lorsqu’il atteint environ 30 fois la taille de l’étoile – ou un million de fois la taille du trou noir”, a déclaré M. Gottlieb. “En d’autres termes, si le trou noir a la taille d’un ballon de plage, le jet doit s’étendre sur toute la taille de la France avant de pouvoir produire un GRB”.
La modélisation a également montré que, pendant que les jets se frayent un chemin dans l’espace, davantage de matière stellaire tombe sur le disque tourbillonnant de gaz magnétisé qui tombe dans le trou noir. Ce disque s’incline, ce qui le fait vaciller, ainsi que les jets.
Ainsi, plutôt que de clignoter et de se rallumer à une luminosité extrême, il s’avère que les GRBs se balancent et disparaissent du point de vue de l’observateur au fur et à mesure que le disque oscille.
Mais ceci a des implications pour les GRBs plus généralement.
Ces sursauts de courte durée étaient déjà considérés comme rares, avec seulement un pour cent des effondrements produisant des GRBs. Mais la nature ondulante des jets signifie qu’il devrait y avoir plus d’opportunités pour les astronomes d’attraper les GRBs lorsqu’ils passent en vue, et les chercheurs concluent qu’ils devraient être environ 10 fois plus observables qu’ils ne le sont réellement.
“Le wobbling augmente le nombre de GRBs détectables, donc la correction du taux observé au taux réel”. [of GRBs] est plus faible”, a déclaré M. Gottlieb. “Si nous manquons moins de GRBs, alors il y a globalement moins de GRBs dans le ciel”.
Cette prise de conscience pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre les derniers moments de la vie des étoiles massives et la façon dont elles forment des trous noirs, car une explication de la rareté des GRB est que les jets générés dans la plupart des effondrements ne percent jamais la masse restante de l’étoile.
L’étude des jets nous permet de “voir” ce qui se passe au plus profond de l’étoile lorsqu’elle s’effondre”, a déclaré M. Gottlieb. “Sinon, il est difficile d’apprendre ce qui se passe dans une étoile effondrée parce que la lumière ne peut pas s’échapper de l’intérieur stellaire. Mais nous pouvons apprendre à partir de l’émission du jet”.
