À l’aide du réseau ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), les astronomes ont enregistré pour la première fois une fusion explosive d’une étoile à neutrons avec une autre étoile. Ils ont détecté une lumière d’une longueur d’onde millimétrique provenant d’une explosion enflammée provoquée par la fusion. On pense que cette lumière est l’un des sursauts gamma de courte durée les plus énergétiques jamais observés – GRB 211106A.
Tanmoy Laskar, qui commencera bientôt à travailler en tant que professeur adjoint de physique et d'astronomie à l'Université de l'Utah, a déclaré : "Les fusions se produisent à cause du rayonnement des ondes gravitationnelles qui enlève de l'énergie à l'orbite des étoiles binaires, provoquant une spirale les unes vers les autres."
« L’explosion qui en résulte est accompagnée de jets se déplaçant à une vitesse proche de la lumière. Lorsqu'un de ces jets est pointé vers la Terre, nous observons une courte impulsion de rayon gamma rayonnement ou un GRB de courte durée.
Les GRB de courte durée sont souvent difficiles à détecter. Jusqu’à présent, seuls une demi-douzaine de GRB de courte durée ont été détectés aux longueurs d’onde radio. De plus, aucun n’a été détecté dans les longueurs d’onde millimétriques.
Laskar a dit : « La difficulté réside dans l’immense distance qui nous sépare des GRB et dans les capacités technologiques des télescopes. GRB de courte durée les rémanences sont très lumineuses et énergiques. Mais ces explosions se produisent 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 n’étaient pas assez sensibles pour détecter ces rémanences.
La lumière du GRB 211106A était si faible que même si les premières observations aux rayons X avec l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA ont vu l'explosion, la galaxie hôte était indétectable à cette longueur d'onde. Les scientifiques n’ont donc pas pu déterminer son emplacement exact.
Savoir de quelle galaxie provient une explosion et mieux comprendre l'explosion elle-même nécessite l'utilisation de la lumière rémanente. Les scientifiques ont d’abord émis l’hypothèse que cette explosion pourrait provenir d’une galaxie proche alors que seule la contrepartie en rayons X avait été trouvée.
Laskar a dit : "Chaque longueur d'onde a ajouté une nouvelle dimension à la compréhension du GRB par les scientifiques, et le millimètre, en particulier, s'est avéré essentiel pour découvrir la vérité sur l'explosion."
« Les observations de Hubble ont révélé un champ de galaxies inchangé. La sensibilité inégalée d'ALMA nous a permis de localiser le GRB dans ce champ avec plus de précision, et il s'est avéré qu'il se trouvait dans une autre galaxie faible, plus éloignée. Cela signifie que ce sursaut gamma de courte durée est encore plus puissant que nous le pensions au départ, ce qui en fait l’un des plus lumineux et énergétiques jamais enregistrés.
Wen-fai Fong, professeur adjoint de physique et d'astronomie à l'Université Northwestern, a ajouté : « Ce court sursaut gamma était la première fois que nous essayions d'observer un tel événement avec ALMA. Les rémanences pour de courtes rafales sont très difficiles à obtenir, c'était donc spectaculaire de voir cet événement briller si fort. Après de nombreuses années d’observation de ces sursauts, cette découverte surprenante ouvre un nouveau domaine d’étude, car elle nous motive à en observer beaucoup plus avec ALMA et d’autres réseaux de 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. Ils fournissent plus d’informations pour nous aider à comprendre l’énigmatique sursauts gamma (et l'astrophysique des étoiles à neutrons en général). Ils démontrent également à quel point les observations multi-longueurs d’onde avec des télescopes spatiaux et terrestres sont importantes et complémentaires pour comprendre les phénomènes astrophysiques.
Edo Berger, professeur d'astronomie à l'Université Harvard et chercheur au Center for Astrophysics | Harvard et Smithsonian, ont déclaré : « L’étude des GRB de courte durée nécessite la coordination rapide des télescopes dans le monde et dans l’espace, fonctionnant à toutes les longueurs d’onde. Dans le cas du 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 à rayons X Chandra de la NASA et le télescope spatial Hubble.
"Avec le télescope spatial James Webb (JWST) désormais opérationnel et les futurs télescopes optiques et radio de 20 à 40 mètres tels que le VLA de nouvelle génération (ngVLA), nous serons en mesure de produire une image complète de ces événements cataclysmiques et de les étudier à des distances sans précédent.
Laskar a affirmé Valérie Plante., « 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 serons en mesure d’étudier la structure géométrique des rémanences et du carburant formant des étoiles trouvé dans leurs environnements hôtes avec des détails sans précédent. Je suis enthousiasmé par ces découvertes à venir dans notre domaine.
Journal de référence:
- Tanmoy Laskar, Alicia Rouco Escorial. La première rémanence millimétrique GRB courte : le jet grand angle du SGRB 211106A extrêmement énergique. Les lettres du journal astrophysique. arXiv : 2205.03419v2
