Pour la première fois, les astronomes ont peut-être découvert la rémanence d’un événement cosmique épique connu sous le nom de « Kilonova ».
Les kilonovas sont de violentes explosions causées par des étoiles à neutrons qui entrent en collision les unes avec les autres, envoyant un jet intense de particules de haute énergie dans l’espace.
Ils créent un flash lumineux de lumière radioactive qui produit de grandes quantités d’éléments importants comme l’argent, l’or, le platine et l’uranium.
Les chercheurs pensent avoir repéré une « rémanence » d’un événement kilonova de 2017 sous la forme de rayons X capturés par l’observatoire de rayons X Chandra de la NASA.
Dans le rendu de cet artiste, la fusion de deux étoiles à neutrons dans un trou noir (caché dans un renflement lumineux au centre de l’image) crée des jets de matière opposés à haute énergie (bleu) qui chauffent la matière autour des étoiles et provoquent des rayons X (rougeâtre nuages) à émettre. Des rayons X pourraient également être produits lors de collisions violentes lorsque la matière tombe dans le trou noir (disque jaune doré autour du renflement central).
La nouvelle étude a été dirigée par des experts du Northwestern Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA) à Evanston, Illinois.
« Nous sommes entrés dans le pays des neutrons ici en étudiant les conséquences d’une fusion d’étoiles à neutrons », a déclaré Aprajita Hajela de Northwestern, qui a dirigé l’étude.
« Nous voyons quelque chose de nouveau et d’extraordinaire pour la première fois. Cela nous donne l’opportunité d’étudier et de comprendre de nouveaux processus physiques qui n’ont pas été observés auparavant.
Les étoiles à neutrons – les noyaux effondrés d’étoiles géantes – ont un très petit rayon (généralement 18,6 miles ou 30 km) et une densité très élevée, composée principalement de neutrons étroitement emballés. Ils font partie des objets les plus denses de l’univers.
Lorsque deux étoiles à neutrons sont en orbite rapprochée, elles tournent progressivement vers l’intérieur en raison du rayonnement gravitationnel, un peu comme deux pièces de monnaie se rapprochant de plus en plus lorsqu’elles atteignent le centre d’une pièce de monnaie de charité.
Lorsque les deux étoiles à neutrons se rencontrent, leur fusion entraînera la formation d’une étoile à neutrons plus massive ou d’un trou noir, selon la masse.
Une kilonova est essentiellement l’explosion résultant de l’événement de fusion qui est 1 000 fois plus brillante qu’une nova classique.
Représentation artistique d’étoiles à neutrons fusionnant, créant des ondes gravitationnelles et résultant en une kilonova
En 2017, des scientifiques ont découvert la fusion de deux étoiles à neutrons dans une galaxie appelée NGC 4993 grâce à un signal d’onde gravitationnelle appelé GW170817.
Dans ce cas, un jet étroit et hors axe de particules à haute énergie a accompagné l’événement de fusion GW170817.
Maintenant, trois ans et demi après la fusion, le jet s’est estompé, révélant une nouvelle source de rayons X mystérieux.
Selon les astrophysiciens, la principale explication de la nouvelle source de rayons X est que l’expansion des débris de la fusion a créé un choc – similaire au bang sonique d’un avion supersonique.
Ce choc a ensuite chauffé les matériaux environnants, produisant des émissions de rayons X connues sous le nom de rémanence de kilonova.
Une autre explication est que les matériaux tombant vers un trou noir – le résultat de fusions d’étoiles à neutrons – ont provoqué les rayons X. L’un ou l’autre scénario serait une première dans le domaine.
Pour faire la distinction entre les deux explications, les astronomes continueront de surveiller GW170817 à l’aide de rayons X et d’ondes radio.
S’il s’agit d’une rémanence de kilonova, les émissions de rayons X et de radio devraient devenir plus lumineuses au cours des prochains mois ou années.
Cependant, lorsque la matière tombe sur un trou noir nouvellement formé, l’émission de rayons X doit rester constante ou diminuer rapidement, et aucune émission radio n’est détectée au fil du temps.
Vue d’artiste du télescope spatial Chandra X-ray Observatory avec Uranus en arrière-plan
« Une étude plus approfondie de GW170817 pourrait avoir des implications considérables », a déclaré la co-auteure de l’étude, Kate Alexander, boursière postdoctorale CIERA de Northwestern.
« La détection d’une rémanence de kilonova signifierait que la fusion n’a pas immédiatement produit un trou noir.
« Alternativement, cet objet pourrait offrir aux astronomes l’opportunité d’étudier comment la matière tombe sur un trou noir quelques années après sa naissance. »
L’étude a été publiée dans The Astrophysical Journal Letters.