Vue d’artiste d’un sursaut gamma. Crédit : Carl Knox, OzGrav-Swinburne
Notre Univers brille de mille feux à travers le spectre électromagnétique. Alors que la majeure partie de cette lumière provient d’étoiles comme notre Soleil dans des galaxies comme la nôtre, nous sommes souvent traités avec des éclairs brefs et brillants qui éclipsent des galaxies entières elles-mêmes. On pense que certains de ces éclairs les plus brillants sont produits lors d’événements cataclysmiques, tels que la mort d’étoiles massives ou la collision de deux cadavres stellaires connus sous le nom d’étoiles à neutrons. Les chercheurs étudient depuis longtemps ces éclairs lumineux ou « transitoires » pour mieux comprendre la mort et l’après-vie des étoiles et l’évolution de notre Univers.
Les astronomes sont parfois accueillis avec des transitoires qui défient les attentes et des théoriciens du puzzle qui ont longtemps prédit à quoi devraient ressembler divers transitoires. En octobre 2014, un programme de surveillance à long terme du ciel austral avec le télescope Chandra—NasaLe télescope à rayons X phare de , a détecté l’un de ces transitoires énigmatiques appelé CDF-S XT1 : un transitoire lumineux d’une durée de quelques milliers de secondes. La quantité d’énergie CDF-S XT1 libérée dans les rayons X était comparable à la quantité d’énergie émise par le Soleil sur un milliard d’années. Depuis la découverte originale, les astrophysiciens ont proposé de nombreuses hypothèses pour expliquer ce transitoire ; cependant, aucun n’a été concluant.
Dans une étude récente,[1] une équipe d’astrophysiciens dirigée par le chercheur postdoctoral OzGrav, le Dr Nikhil Sarin (Université Monash), a découvert que les observations de CDF-S XT1 correspondent aux prédictions de rayonnement attendues d’un jet à grande vitesse voyageant près de la vitesse de la lumière. De tels « écoulements » ne peuvent être produits que dans des conditions astrophysiques extrêmes, telles que la perturbation d’une étoile lorsqu’elle est déchirée par un énorme trou noir, l’effondrement d’une étoile massive ou la collision de deux étoiles à neutrons.
L’étude de Sarin et al a révélé que le flux sortant de CDF-S XT1 était probablement produit par la fusion de deux étoiles à neutrons. Cette idée rend CDF-S XT1 similaire à la découverte capitale de 2017 appelée GW170817 – la première observation d’ondes gravitationnelles, ondulations cosmiques dans le tissu de l’espace et du temps – bien que CDF-S XT1 soit 450 fois plus éloigné de la Terre. Cette distance énorme signifie que cette fusion s’est produite très tôt dans l’histoire de l’Univers ; c’est peut-être aussi l’un des plus éloignés étoile à neutrons fusions jamais observées.
Les collisions d’étoiles à neutrons sont les principaux endroits de l’Univers où des éléments lourds tels que l’or, l’argent et le plutonium sont créés. Étant donné que CDF-S XT1 s’est produit au début de l’histoire de l’Univers, cette découverte fait progresser notre compréhension de l’abondance et des éléments chimiques de la Terre.
Les observations récentes d’un autre AT2020blt transitoire en janvier 2020, principalement avec la Zwicky Transient Facility, ont intrigué les astronomes. La lumière de ce transitoire est comme le rayonnement des écoulements à grande vitesse lancés lors de l’effondrement d’une étoile massive. De telles sorties produisent généralement une énergie plus élevée rayons gamma; cependant, ils manquaient dans les données – ils n’ont pas été observés. Ces rayons gamma ne peuvent manquer que pour l’une des trois raisons possibles : 1) Les rayons gamma n’ont pas été produits. 2) Les rayons gamma ont été dirigés loin de la Terre. 3) Les rayons gamma étaient trop faibles pour être vus.
Dans une étude distincte,[2] dirigés à nouveau par le chercheur d’OzGrav, le Dr Sarin, les astrophysiciens de l’Université Monash se sont associés à des chercheurs d’Alabama, de Louisiane, de Portsmouth et de Leicester pour montrer qu’AT2020blt a probablement produit des rayons gamma dirigés vers la Terre, ils étaient juste vraiment faibles et manqués par nos instruments actuels .
Le Dr Sarin déclare : « Avec d’autres observations transitoires similaires, cette interprétation signifie que nous commençons maintenant à comprendre le problème énigmatique de la façon dont les rayons gamma sont produits dans les explosions cataclysmiques à travers l’Univers ».
La classe de transitoires lumineux collectivement connue sous le nom de sursauts gamma, y compris CDF-S XT1, AT2020blt et AT2021any, produit suffisamment d’énergie pour éclipser des galaxies entières en une seconde seulement.
“Malgré cela, le mécanisme précis qui produit le rayonnement de haute énergie que nous détectons de l’autre côté de l’Univers n’est pas connu”, explique le Dr Sarin. « Ces deux études ont exploré certains des sursauts gamma les plus extrêmes jamais détectés. Avec des recherches plus poussées, nous serons enfin en mesure de répondre à la question que nous nous posons depuis des décennies : comment fonctionnent les sursauts gamma ? »
Les références:
- « CDF-S XT1 : la rémanence hors axe d’une fusion d’étoiles à neutrons à z=2,23 » par Nikhil Sarin, Gregory Ashton, Paul D. Lasky, Kendall Ackley, Yik-Lun Mong et Duncan K. Galloway, 21 mai 2021, Astrophysique > Phénomènes astrophysiques à haute énergie.
arXiv:2105.10108 - « Low-efficiency long gamma-ray bursts: A case study with AT2020blt » par Nikhil Sarin, Rachel Hamburg, Eric Burns, Gregory Ashton, Paul D. Lasky et Gavin P. Lamb, 3 juin 2021, Astrophysique > Phénomènes astrophysiques à haute énergie.
arXiv:2106.01556
