Les explosions les plus brillantes et les plus énergiques de l’univers ne viennent pas d’où nous pensions

Les astronomes ont suivi un mystérieux faisceau de lumière super brillant jusqu’à une explosion cachée dans l’espace lointain à 1,1 milliard d’années-lumière de la Terre. Cette explosion lointaine, vraisemblablement causée par la collision de deux ultra-denses étoiles à neutronspourrait bouleverser la compréhension des scientifiques sur la façon dont la lumière la plus brillante et la plus énergétique de l’univers est créée.

Dans cinq nouvelles études publiées le 7 décembre – quatre dans la revue La nature (s’ouvre dans un nouvel onglet) et un dans le journal Astronomie naturelle (s’ouvre dans un nouvel onglet) — les astronomes ont suivi la trajectoire d’un long souffle de lumière vive appelé un rayon gamma burst (GRB) qui a été détecté par plusieurs télescopes en décembre 2021.

Les GRB sont les explosions les plus brillantes et les plus énergiques du univers depuis le Big Bang. Ils viennent dans deux variétés principales : court et long. Les GRB courts, qui durent moins de deux secondes, sont généralement détectés dans les anciennes régions calmes de l’espace avec peu de formation d’étoiles. Ces brèves explosions sont souvent attribuées à des collisions lointaines entre des objets massifs, tels que des étoiles à neutrons (le petit noyau dense et effondré d’une étoile morte) et trous noirs. Les GRB longs, quant à eux, peuvent durer de 2 secondes à plusieurs minutes, et ils résultent presque toujours des violentes explosions de supernova qui suivent la mort d’étoiles géantes. Ceux-ci se trouvent principalement dans les galaxies plus jeunes avec beaucoup de formation d’étoiles actives.

Le GRB détecté en décembre 2021 a traversé l’espace pendant 50 secondes. En utilisant les données de plusieurs télescopes à travers le monde, les chercheurs ont rapidement parcouru la région de l’espace à partir de laquelle le GRB était apparu, à la recherche de la rémanence d’une explosion de supernova.

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Mais chaque équipe est parvenue à la même conclusion déroutante : il n’y avait aucune preuve d’une supernova à proximité du GRB.

« Lorsque nous avons suivi ce long sursaut gamma, nous nous attendions à ce qu’il conduise à la preuve d’un effondrement massif d’étoiles », a-t-il ajouté. Wen-fai Fongprofesseur adjoint d’astronomie et de physique à l’Université Northwestern dans l’Illinois et co-auteur de l’article Nature Astronomy, a déclaré dans un déclaration (s’ouvre dans un nouvel onglet). « Au lieu de cela, ce que nous avons trouvé était très différent. »

Pres de-infrarouge images du site de l’explosion, les chercheurs ont trouvé des preuves d’un objet incroyablement faible qui a atteint une luminosité maximale quelques jours après la détection du GRB avant de disparaître dans l’obscurité presque totale. Toutes les données disponibles, de la luminosité de l’objet à sa couleur en passant par sa durée, suggéraient qu’il s’agissait d’une explosion brève mais puissante appelée kilonova.

« Et les kilonovas ne peuvent provenir que de fusions d’étoiles à neutrons », a ajouté Fong.

Déclenchées par de violentes collisions entre des objets massifs, les kilonovas brillent avec 1% à 10% de la luminosité d’une explosion de supernova typique, selon le Agence spatiale européenne. Au cours de la dernière décennie, les astronomes ont découvert de nombreuses kilonovas en sondant le cœur de courts sursauts gamma. C’est l’une des principales sources de preuves reliant les GRB courts aux fusions d’étoiles à neutrons.

Cependant, les scientifiques n’avaient jamais vu un long GRB qui provenait apparemment d’une collision d’étoiles à neutrons. Les auteurs des nouvelles études de Nature ont surnommé le GRB de 50 secondes de décembre dernier un « bizarre » qui semble avoir été créé de la même manière qu’un GRB court, mais avec la durée d’un long.

Le mécanisme exact derrière la création du GRB reste pour l’instant flou. Cependant, tout en parcourant un catalogue d’observations antérieures de rayons gamma, les auteurs de l’une des nouvelles études ont trouvé plusieurs autres candidats GRB « excentriques » avec de longues durées et des origines potentielles de kilonova, suggérant que cette mystérieuse lumière dans le ciel n’était pas un flash dans la casserole. .

Selon Fong, ces découvertes bouleversent deux décennies de connaissances établies sur les origines des GRB, mais offrent de nouvelles voies prometteuses pour enfin percer leurs secrets.