Illustration d'artiste d'un trou noir consommant une étoile à neutrons. Crédit d'image: Dana Berry / NASA. Cliquez pour agrandir.
Les scientifiques ont résolu un mystère vieux de 35 ans sur l'origine de puissants éclairs de lumière d'une fraction de seconde appelés courtes rafales de rayons gamma. Ces flashs, plus brillants qu'un milliard de soleils mais qui ne durent que quelques millisecondes, ont été tout simplement trop rapides à attraper… jusqu'à présent.
Si vous avez deviné qu'un trou noir est impliqué, vous avez au moins à moitié raison. De courtes rafales de rayons gamma résultent de collisions entre un trou noir et une étoile à neutrons ou entre deux étoiles à neutrons. Dans le premier scénario, le trou noir engloutit l'étoile à neutrons et grossit. Dans le deuxième scénario, les deux étoiles à neutrons créent un trou noir.
Les sursauts gamma, les explosions les plus puissantes connues, ont été détectés pour la première fois à la fin des années 1960. Ils sont aléatoires, éphémères et peuvent se produire à partir de n'importe quelle région du ciel. Essayez de trouver l'emplacement d'un flash d'appareil photo quelque part dans un vaste stade sportif et vous aurez une idée du défi auquel sont confrontés les chasseurs de rafales de rayons gamma. La résolution de ce mystère a nécessité une coordination sans précédent entre les scientifiques utilisant une multitude de télescopes au sol et de satellites de la NASA.
Il y a deux ans, les scientifiques ont découvert que des éclats plus longs, d'une durée supérieure à deux secondes, résultaient de l'explosion d'étoiles très massives. Cependant, environ 30% des rafales sont courtes et de moins de deux secondes.
Quatre courts sursauts gamma ont été détectés depuis mai. Deux d'entre eux sont présentés dans quatre articles du numéro du 6 octobre de Nature. Une rafale de juillet fournit la preuve du «pistolet fumant» à l'appui de la théorie de la collision. Un autre sursaut va encore plus loin en fournissant une première preuve alléchante d'un trou noir mangeant une étoile à neutrons - étirant d'abord l'étoile à neutrons dans un croissant, l'avalant, puis avalant des miettes de l'étoile brisée dans les minutes et les heures qui suivent. suivi.
Ces découvertes pourraient également aider à la détection directe d'ondes gravitationnelles, jamais vues auparavant. Ces fusions créent des ondes gravitationnelles ou des ondulations dans l'espace-temps. De courtes rafales de rayons gamma pourraient indiquer aux scientifiques quand et où chercher les ondulations.
"Les sursauts gamma en général sont notoirement difficiles à étudier, mais les plus courts ont été presque impossibles à cerner", a déclaré le Dr Neil Gehrels du Godaard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Md., Chercheur principal du satellite Swift de la NASA et auteur principal de l'un des rapports Nature. «Tout cela a changé. Nous avons maintenant les outils en place pour étudier ces événements. »
Le satellite Swift a détecté une courte rafale le 9 mai, et le High-Energy Transient Explorer (HETE) de la NASA en a détecté une autre le 9 juillet. Ce sont les deux rafales présentées dans Nature. Swift et HETE ont transmis rapidement et de manière autonome les coordonnées de la rafale aux scientifiques et aux observatoires par téléphone portable, bip et courrier électronique.
L'événement du 9 mai a marqué la première fois que les scientifiques ont identifié une rémanence pour une courte rafale de rayons gamma, ce qui est communément observé après de longues rafales. Cette découverte a fait l'objet d'un communiqué de presse de la NASA le 11 mai. Les nouveaux résultats publiés dans Nature représentent des analyses approfondies de ces deux rémanences d'éclatement, ce qui prouve le bien-fondé de l'origine des salves courtes.
"Nous avions le sentiment que de courtes rafales de rayons gamma provenaient d'une étoile à neutrons s'écrasant dans un trou noir ou une autre étoile à neutrons, mais ces nouvelles détections ne laissent aucun doute", a déclaré le Dr Derek Fox de Penn State, auteur principal d'un rapport Nature. détaillant une observation à plusieurs longueurs d'onde.
L'équipe de Fox a découvert la rémanence de rayons X de l'éclatement du 9 juillet avec l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA. Une équipe dirigée par le professeur Jens Hjorth de l'Université de Copenhague a ensuite identifié la rémanence optique à l'aide du télescope danois de 1,5 mètre à l'observatoire de La Silla au Chili. L’équipe de Fox a ensuite poursuivi ses études sur la rémanence avec le télescope spatial Hubble de la NASA; les télescopes du Pont et Swope à Las Campanas, Chili, financés par la Carnegie Institution; le télescope Subaru sur Mauna Kea, Hawaï, exploité par l'Observatoire national d'astronomie du Japon; et le Very Large Array, un tronçon de 27 radiotélescopes près de Socorro, N.M., exploité par l'Observatoire national de radioastronomie.
L'observation à plusieurs longueurs d'onde de l'éclatement du 9 juillet, appelée GRB 050709, a fourni toutes les pièces du puzzle pour résoudre le mystère de l'éclatement court.
"Des télescopes puissants n'ont détecté aucune supernova lorsque l'éclatement des rayons gamma s'est estompé, argumentant contre l'explosion d'une étoile massive", a déclaré le Dr George Ricker du MIT, chercheur principal de HETE et co-auteur d'un autre article de Nature. "L'éclatement du 9 juillet était comme le chien qui n'a pas aboyé."
Ricker a ajouté que l'éclatement du 9 juillet et probablement l'éclatement du 9 mai sont situés à la périphérie de leurs galaxies hôtes, où les anciens binaires fusionnés devraient se trouver. On ne s'attend pas à de courts sursauts gamma dans les jeunes galaxies formant des étoiles. Il faut des milliards d'années pour que deux étoiles massives, couplées dans un système binaire, évoluent d'abord vers la phase du trou noir ou de l'étoile à neutrons puis fusionnent. La transition d'une étoile vers un trou noir ou une étoile à neutrons implique une explosion (supernova) qui peut projeter le système binaire loin de son origine et vers le bord de sa galaxie hôte.
Cette explosion du 9 juillet et une autre le 24 juillet ont montré des signaux uniques qui pointent non seulement vers une ancienne fusion, mais plus précisément vers une fusion trou noir - étoile à neutrons. Les scientifiques ont vu des pics de lumière X après l'éclatement initial des rayons gamma. La partie rapide des rayons gamma est probablement un signal du trou noir avalant la majeure partie de l'étoile à neutrons. Les signaux de rayons X, dans les minutes ou les heures qui ont suivi, pourraient être des miettes de matière d'étoiles à neutrons tombant dans le trou noir, un peu comme un dessert.
Et il y en a plus. Les fusions créent des ondes gravitationnelles, des ondulations dans l'espace-temps prédites par Einstein mais jamais détectées directement. L'éclatement du 9 juillet était à environ deux milliards d'années-lumière. Une grande fusion plus proche de la Terre pourrait être détectée par l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de la National Science Foundation. Si Swift détecte une courte rafale à proximité, les scientifiques de LIGO pourraient revenir en arrière et vérifier les données avec une heure et un emplacement précis à l'esprit.
«C'est une bonne nouvelle pour LIGO», a déclaré le Dr Albert Lazzarini, du laboratoire LIGO de Caltech. «Le lien entre les courtes rafales et les fusions augmente les taux projetés pour LIGO, et ils semblent se situer à l'extrémité supérieure des estimations précédentes. De plus, les observations fournissent des allusions alléchantes de fusions de trous noirs et d'étoiles à neutrons, qui n'ont pas été détectées auparavant. Lors de la prochaine observation annuelle du LIGO, nous pourrons détecter des ondes gravitationnelles d'un tel événement. »
Une fusion trou noir - étoile à neutrons générerait des ondes gravitationnelles plus fortes que deux étoiles à neutrons fusionnées. La question est maintenant de savoir à quel point ces fusions sont fréquentes et proches. Swift, lancé en novembre 2004, peut apporter cette réponse.
Source d'origine: communiqué de presse de la NASA
