Une puissante kilonova

Observatoire de la Côte d’Azur

Une puissante kilonova bouleverse nos certitudes …

Sur les sursauts gamma

Collisions d’étoiles à neutrons et explosions d’étoiles sont les deux types d’événement les plus violents de l’univers. Ils nous envoient tous deux de puissantes bouffées de rayons gamma appelées Sursauts gamma (en anglais Gamma Ray Burst, GRB). La compréhension que l'on a des milliers de sursauts gamma détectés à ce jour est qu'ils sont de deux types, aux origines différentes : les brefs (moins de 2 secondes) sont dus aux collisions, et les longs (plus de 2 secondes), aux explosions. Un nouveau sursaut gamma vient bouleverser cette classification simple que l’on pensait bien établie.

Tout a commencé le 11 décembre 2021, lorsque les détecteurs X et gamma à bord des satellites Swift et Fermi ont signalé une émission gamma très puissante, d'une durée de près d'une minute, typique d'un sursaut gamma long (GRB 211211A).

« Au vu de la puissance du phénomène et de sa situation près d’une galaxie connue, nous nous sommes immédiatement lancés dans une campagne multi-longueur d'onde », explique Antonio de Ugarte Postigo (DR CNRS à l’Observatoire de la Côte d'Azur, et responsable de plusieurs de ces observations). « En premier lieu nous avons déterminé la distance du sursaut grâce à l’étude spectroscopique de la lumière de la galaxie, au Nordic Optical Telescope (NOT – Iles Canaries, Espagne) » : ce sursaut gamma exceptionnellement brillant était l’un des plus proches jamais observés, à une distance d’un milliard d’années-lumière seulement (les sursauts habituels sont plutôt distants de 5 ou 10 milliards d’années-lumière).

« Nos observations à l’observatoire Calar Alto (Almeria, Espagne), nous ont tout de suite surpris, à cause de la diminution rapide de l’éclat, en lumière visible.  Les observations au télescope Gemini North (Hawai, USA) montraient au contraire que l’objet était toujours actif en infrarouge. C’était caractéristique d’une kilonova produite par la collision de deux étoiles à neutrons ! »

L’observation fut poursuivie en lumière visible et en infrarouge avec plusieurs télescopes dont le Hubble Space Telescope, Gemini et le Grand Telescope des Canaries. L’observation avec NOT montra que la lumière était plus de 200 fois trop faible pour être due à l’explosion d’une étoile massive en supernova produisant un sursaut long.

Il n'y a aucune d’ambiguïté, explique Antonio de Ugarte Postigo : « Ce sursaut gamma long ne peut pas être dû à l’explosion d'une étoile massive en supernova. Il est au contraire compatible avec la collision de deux étoiles à neutrons ». La courbe de lumière est d’ailleurs très proche de celle de AT2017gfo, qui avait aussi été observée en ondes gravitationnelles (GW170817) par LIGO-Virgo. Ces ondes établissaient avec certitude que ce type d’événement était dû à la collision de deux étoiles à neutrons. « La meilleure explication est que ce sursaut gamma long soit associé à une kilonova. Ce type de collision entre deux étoiles à neutrons libère un flux de neutrons gigantesque qui rend possible la synthèse de la plupart des éléments lourds de l’univers, tels que l’or. » Qu’un sursaut gamma long soit produit par une collision de deux étoiles à neutrons, voici qui est inattendu ! Les sursauts gamma pourraient ainsi révéler une plus grande variété de phénomènes qu'envisagé auparavant

Référence

A kilonova following a long-duration gamma-ray burst at 350 Mpc, Nature, 7 décembre 2022.