Explosive neutron star merger captured for the first time in millimeter light

Des scientifiques utilisant l’Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), un observatoire international coopéré par l’Observatoire national de radioastronomie (NRAO) de la National Science Foundation des États-Unis, ont enregistré pour la première fois la lumière d’une longueur d’onde millimétrique provenant d’une explosion ardente provoquée par la fusion d’une étoile à neutrons avec une autre étoile. L’équipe a également confirmé que ce flash de lumière est l’un des sursauts gamma de courte durée les plus énergétiques jamais observés, laissant derrière lui l’une des rémanences les plus lumineuses jamais enregistrées. Les résultats de la recherche seront publiés dans un prochain numéro de lettres de journal astrophysique.

Les sursauts gamma (GRB) sont les explosions les plus brillantes et les plus énergétiques de l’univers, capables d’émettre plus d’énergie en quelques secondes que notre soleil n’en émettra au cours de sa vie. Le GRB 211106A appartient à une sous-classe de GRB connue sous le nom de sursauts gamma de courte durée. Ces explosions, que les scientifiques croient responsables de la création des éléments les plus lourds de l’univers, tels que le platine et l’or, sont le résultat de la fusion catastrophique de systèmes d’étoiles binaires contenant une étoile à neutrons. “Ces fusions se produisent en raison du rayonnement des ondes gravitationnelles qui retire de l’énergie de l’orbite des étoiles binaires, provoquant la spirale des étoiles les unes vers les autres”, a déclaré Tanmoy Laskar, qui commencera bientôt à travailler en tant que professeur adjoint en physique et astronomie à l’Université. d’Utah. “L’explosion qui en résulte est accompagnée de jets se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Lorsqu’un de ces jets est pointé vers la Terre, nous observons une courte impulsion de rayonnement gamma, ou un GRB de courte durée.”

Un GRB de courte durée ne dure généralement que quelques dixièmes de seconde. Les scientifiques recherchent alors une rémanence, une émission de lumière causée par l’interaction des jets avec le gaz environnant. Pourtant, ils sont difficiles à détecter; seulement une demi-douzaine de GRB à courte durée de vie ont été détectés aux longueurs d’onde radio, et aucun n’a été détecté aux longueurs d’onde millimétriques jusqu’à présent. Laskar, qui a dirigé la recherche alors qu’il était boursier d’excellence à l’Université Radboud aux Pays-Bas, a déclaré que la difficulté était l’immense distance par rapport aux GRB et les capacités technologiques des télescopes. “Les rémanences des GRB à courte durée de vie sont très brillantes et énergiques. Mais ces explosions ont lieu dans des galaxies lointaines, ce qui signifie que la lumière qu’elles émettent peut être assez faible pour nos télescopes sur Terre. Avant ALMA, les télescopes millimétriques qu’ils n’étaient pas assez sensible pour détecter ces rémanences.”

À environ 20 milliards d’années-lumière de la Terre, GRB 211106A ne fait pas exception. La lumière de ce sursaut gamma de courte durée était si faible que même si les premières observations de rayons X avec l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA ont vu le sursaut, la galaxie hôte était indétectable à cette longueur d’onde et les scientifiques ne pouvaient pas déterminer exactement où. l’explosion est venue. “La lumière résiduelle est essentielle pour déterminer de quelle galaxie provient un sursaut et pour en savoir plus sur le sursaut lui-même. Initialement, alors que seule la contrepartie en rayons X avait été découverte, les astronomes pensaient que ce sursaut pouvait provenir d’une galaxie voisine.” . Laskar a déclaré, ajoutant qu’une quantité importante de poussière dans la zone obscurcissait également la détection de l’objet dans les observations optiques avec le télescope spatial Hubble.

Chaque longueur d’onde a ajouté une nouvelle dimension à la compréhension des scientifiques du GRB, et le millimètre, en particulier, a joué un rôle déterminant dans la découverte de la vérité sur l’explosion. “Les observations de Hubble ont révélé un champ de galaxies immuable. La sensibilité inégalée d’ALMA nous a permis de localiser plus précisément l’emplacement du GRB dans ce champ, et il s’est avéré qu’il se trouvait dans une autre galaxie faible, qui est plus éloignée. Cela, à son tour, , , signifie que ce sursaut gamma de courte durée est encore plus puissant que nous ne le pensions au départ, ce qui en fait l’un des plus lumineux et des plus énergiques jamais enregistrés”, a déclaré Laskar.

Wen-fai Fong, professeur adjoint de physique et d’astronomie à la Northwestern University, a ajouté : “Ce court sursaut gamma était la première fois que nous essayions d’observer un tel événement avec ALMA. Les rémanences de courts sursauts sont très difficiles à trouver, c’est pourquoi il était spectaculaire d’immortaliser cet événement si brillant.Après de nombreuses années d’observation de ces explosions, cette découverte étonnante ouvre un nouveau domaine d’étude, car elle nous motive à en observer beaucoup plus avec ALMA et d’autres images. ensembles. télescopes, à l’avenir.”

Joe Pesce, responsable du programme de la National Science Foundation pour NRAO / ALMA, a déclaré: “Ces observations sont fantastiques à plusieurs niveaux. Elles fournissent plus d’informations pour nous aider à comprendre les sursauts gamma énigmatiques (et l’astrophysique des étoiles à neutrons à l’avenir. général), et démontrer l’importance et la complémentarité des observations multi-longueurs d’onde avec les télescopes spatiaux et terrestres pour comprendre les phénomènes astrophysiques.”

Et il reste encore beaucoup de travail à faire à plusieurs longueurs d’onde, à la fois avec les nouveaux GRB et avec le GRB 211106A, qui pourrait révéler des surprises supplémentaires à propos de ces sursauts. “L’étude des GRB à courte durée de vie nécessite la coordination rapide de télescopes dans le monde et dans l’espace, fonctionnant à toutes les longueurs d’onde”, a déclaré Edo Berger, professeur d’astronomie à l’Université de Harvard.

« Dans le cas de GRB 211106A, nous avons utilisé certains des télescopes les plus puissants disponibles : ALMA, le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) de la National Science Foundation, l’observatoire Chandra X-ray de la NASA et le télescope spatial de la NASA. le télescope spatial James Webb (JWST), désormais opérationnel, et les futurs radiotélescopes et télescopes optiques de 20 à 40 mètres, comme le VLA de nouvelle génération (ngVLA), nous permettront de dresser un tableau complet de ces événements cataclysmiques. et les étudier à des distances sans précédent.”

Laskar a ajouté: “Avec JWST, nous pouvons désormais prendre un spectre de la galaxie hôte et connaître facilement la distance, et à l’avenir, nous pourrions également utiliser JWST pour capturer les rémanences infrarouges et étudier leur composition chimique. Avec ngVLA, nous pourrons pour étudier la structure géométrique des rémanences et du carburant de formation d’étoiles trouvés dans leurs environnements hôtes avec des détails sans précédent. Je suis enthousiasmé par ces découvertes à venir dans notre domaine.