En mars, les astronomes ont pointé le télescope spatial Hubble à un point éloigné de l'espace où deux étoiles à neutrons étaient entrées en collision. Utilisant l'œil géant de Hubble, ils ont regardé cet endroit éloigné pendant 7 heures, 28 minutes et 32 secondes au cours de six des orbites du télescope autour de la Terre. Il s'agissait de la plus longue exposition jamais faite sur le site de la collision, ce que les astronomes appellent l'image "la plus profonde". Mais leur tir, réalisé plus de 19 mois après que la lumière de la collision a atteint la Terre, n'a pas détecté de vestiges de la fusion neutrons-étoiles. Et c'est une excellente nouvelle.
Cette histoire a commencé par une oscillation le 17 août 2017. Une onde gravitationnelle, ayant parcouru 130 millions d'années-lumière à travers l'espace, a bousculé les lasers dans l'Observatoire des ondes gravitationnelles (LIGO) de l'interféromètre laser, le détecteur d'ondes gravitationnelles qui traverse le globe. Ce signal a suivi un schéma, celui qui a dit aux chercheurs qu'il était le résultat de la fusion de deux étoiles à neutrons - la première fusion neutron-étoile jamais détectée. Les détecteurs d'ondes gravitationnelles ne peuvent pas dire de quelle direction provient une onde, mais dès que le signal est arrivé, les astronomes du monde entier sont entrés en action, chassant le ciel nocturne pour la source de l'explosion. Ils l'ont bientôt trouvé: un point à la périphérie d'une galaxie connue sous le nom de NGC4993 s'était illuminé avec la "kilonova" de la collision - une explosion massive qui jette rapidement des matières radioactives en décomposition dans l'espace dans un affichage brillant de lumière.
Quelques semaines plus tard, le NGC4993 est passé derrière le soleil et n'est ressorti qu'une centaine de jours après le premier signe de la collision. À ce stade, la kilonova s'était estompée, révélant la "rémanence" de la fusion neutrons-étoiles - un phénomène plus faible mais plus durable. Entre décembre 2017 et décembre 2018, les astronomes ont utilisé le Hubble pour observer la rémanence 10 fois alors qu'il s'estompait lentement. Cette dernière image, cependant, ne montrant aucune rémanence visible ou d'autres signes de la collision, pourrait être la plus importante à ce jour.
"Nous avons pu créer une image vraiment précise, et cela nous a aidés à revenir sur les 10 images précédentes et à créer une série chronologique vraiment précise", a déclaré Wen-fai Fong, astronome à la Northwestern University, qui a dirigé ce dernier effort d'imagerie.
Cette "série chronologique" équivaut à 10 clichés nets de la rémanence évoluant dans le temps. La dernière image de la série, montrant ce point dans l'espace sans aucune rémanence, leur a permis de revenir aux images précédentes et de soustraire la lumière de toutes les étoiles environnantes. Avec toute cette lumière stellaire supprimée, les chercheurs se sont retrouvés avec des images extrêmement détaillées sans précédent de la forme et de l'évolution de la rémanence au fil du temps.
L'image qui a émergé ne ressemble à rien de ce que nous verrions si nous regardions le ciel nocturne avec nos seuls yeux, a déclaré Fong à Live Science.
"Lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent, elles forment un objet lourd - soit une étoile à neutrons massive ou un trou noir clair - et elles tournent très rapidement. Et le matériau est éjecté le long des pôles", a-t-elle déclaré.
Ce matériau décolle à des vitesses fulgurantes dans deux colonnes, l'une pointée vers le haut du pôle sud et l'autre du nord, a-t-elle déclaré. Alors qu'il s'éloigne du site de la collision, il se cogne contre la poussière et d'autres débris spatiaux interstellaires, transférant une partie de son énergie cinétique et faisant briller ce matériau interstellaire. Les énergies impliquées sont intenses, a déclaré Fong. Si cela se produisait dans notre système solaire, cela éclipserait de loin notre soleil.
Une grande partie de cela était déjà connue des études théoriques et des observations antérieures de la rémanence, mais la véritable importance du travail de Fong pour les astronomes est qu'il révèle le contexte dans lequel la collision d'origine s'est produite.
"C'est un beau travail. Il montre ce que nous avions soupçonné dans notre travail des observations précédentes de Hubble", a déclaré Joseph Lyman, astronome à l'Université de Warwick en Angleterre, qui a dirigé une étude antérieure sur la rémanence. "L'étoile à neutrons binaires n'a pas fusionné à l'intérieur d'un amas globulaire."
Les amas globulaires sont des régions denses de l'espace avec des étoiles, a déclaré Lyman, qui n'était pas impliqué dans le nouvel effort, à Live Science. Les étoiles à neutrons sont rares, et les binaires d'étoiles à neutrons, ou paires d'étoiles à neutrons en orbite l'une autour de l'autre, sont encore plus rares. Au début, les astronomes avaient soupçonné que la fusion de binaires d'étoiles à neutrons serait plus susceptible de se produire dans des régions de l'espace où les étoiles étaient étroitement groupées et se balançaient sauvagement. Lyman et ses collègues, analysant ces données Hubble antérieures, ont trouvé des preuves qui pourraient ne pas être le cas. L'image de Fong a montré qu'il n'y avait pas d'amas globulaire à trouver, ce qui semble confirmer qu'au moins dans ce cas, une collision neutron-étoile n'a pas besoin d'un amas dense d'étoiles pour se former.
Une raison importante d'étudier ces rémanences, a déclaré Fong, est que cela pourrait nous aider à comprendre de courtes rafales de rayons gamma - des explosions mystérieuses de rayons gamma que les astronomes détectent parfois dans l'espace.
"Nous pensons que ces explosions pourraient être la fusion de deux étoiles à neutrons", a-t-elle déclaré.
La différence dans ces cas (en plus des astronomes ne détectant aucune onde gravitationnelle qui confirmerait leur nature) est l'angle des fusions par rapport à la Terre.
La Terre avait une vue latérale de la rémanence de cette fusion, a déclaré Fong. Nous avons pu voir la lumière monter puis s'estomper avec le temps.
Mais lorsque de courts sursauts gamma se produisent, elle a dit: "C'est comme si vous regardiez le canon du tuyau d'incendie."
L'un des jets de matière s'échappant dans ces cas, dit-elle, est pointé vers la Terre. Nous voyons donc d'abord la lumière des particules se déplaçant le plus rapidement, se déplaçant à une fraction significative de la vitesse de la lumière, sous la forme d'un bref éclair de rayons gamma. Ensuite, le point de lumière s'estompera lentement lorsque les particules se déplaçant plus lentement atteindront la Terre et deviendront visibles.
Ce nouvel article, qui sera publié dans Astrophysical Journal Letters, ne confirme pas cette théorie. Mais il offre aux chercheurs plus de matériel que jamais auparavant pour étudier la rémanence d'une fusion d'étoiles à neutrons.
"C'est une bonne publicité pour l'importance de Hubble dans la compréhension de ces systèmes extrêmement faibles", a déclaré Lyman, "et donne des indices sur les possibilités supplémentaires qui seront possibles", a déclaré le successeur massif de Hubble qui devrait être déployé en 2021. .
Note de la rédaction: cette histoire a été corrigée à 12 h 20. HNE le vendredi 13 septembre pour supprimer une déclaration selon laquelle aucun rayon gamma n'avait jamais été directement lié à une fusion d'étoiles à neutrons. Une faible pluie de rayons gamma a été liée à la fusion GW170817.
