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Une explosion de lumière brillante inhabituelle détectée par plusieurs télescopes en décembre 2021 était le résultat d’une explosion cosmique rare qui a créé une richesse d’éléments lourds tels que l’or et le platine.
Le sursaut gamma, appelé GRB 211211A, a duré environ une minute. Les sursauts gamma sont considérés parmi les explosions les plus fortes et les plus brillantes de l’univers et peuvent durer de quelques millisecondes à plusieurs heures.
La durée de l’éclatement a laissé entendre qu’elle a été causée par l’explosion d’une étoile massive alors qu’elle mourait dans une supernova. Mais les conséquences du sursaut gamma étaient faibles et se sont estompées plus rapidement que celles créées par les supernovas, et les astronomes analysant l’événement ont également aperçu un excès de lumière infrarouge.
“Il y a beaucoup d’objets dans notre ciel nocturne qui s’estompent rapidement”, a déclaré Wen-fai Fong, professeur adjoint de physique et d’astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de l’Université Northwestern et auteur principal et co-auteur de l’une des quatre études publiées sur le événement mercredi dans le journal Astronomie naturelle.
« Nous imaginons une source dans différents filtres pour obtenir des informations sur les couleurs, ce qui nous aide à déterminer l’identité de la source. Dans ce cas, la couleur rouge a prévalu et les couleurs plus bleues se sont estompées plus rapidement. Cette évolution de couleur est une signature révélatrice d’une kilonova, et les kilonovae ne peuvent provenir que de fusions d’étoiles à neutrons.
Les kilonovas sont des explosions rares et massives causées par les collisions catastrophiques entre les étoiles à neutrons, qui sont les restes incroyablement denses des étoiles explosées., ou des collisions entre étoiles à neutrons et trous noirs.
Après avoir déterminé qu’une kilonova a créé la lumière infrarouge, les astronomes sont devenus encore plus perplexes par les sursauts gamma durée. Les sursauts gamma provoqués par ces rares explosions n’ont jamais été observés que pendant moins de deux secondes, mais ce signal a duré au moins une minute.
“Lorsque nous avons suivi ce long sursaut gamma, nous nous attendions à ce qu’il conduise à la preuve d’un effondrement massif d’étoiles”, a déclaré Fong. « Au lieu de cela, ce que nous avons trouvé était très différent. Quand je suis entré dans le domaine il y a 15 ans, il était gravé dans la pierre que les longs sursauts gamma provenaient d’effondrements massifs d’étoiles. Cette découverte inattendue représente non seulement un changement majeur dans notre compréhension, mais ouvre également de manière passionnante une nouvelle fenêtre de découverte.
Les étoiles à neutrons sont des objets cosmiques compacts, les chercheurs ne s’attendaient donc pas à ce qu’elles contiennent suffisamment de matière pour créer un sursaut gamma pouvant durer près d’une minute.
L’explosion s’est produite dans une galaxie à environ 1 milliard d’années-lumière de la Terre. Étant donné que l’événement s’est produit relativement près, astronomiquement parlant, les astronomes ont utilisé plusieurs télescopes pour glaner des détails sans précédent.
« Nous avons découvert que cet événement unique produisait environ 1 000 fois la masse de la Terre en éléments très lourds. Cela soutient l’idée que ces kilonovae sont les principales usines d’or dans l’Univers », a déclaré le Dr Matt Nicholl, professeur agrégé à l’Université de Birmingham au Royaume-Uni et coauteur de l’un des Astronomie naturelle études, dans un communiqué.
Les caractéristiques nouvellement observées de cet événement changent la façon dont les astronomes comprennent les sursauts gamma, ou GRB.
“Un GRB aussi particulier a été le premier du genre jamais détecté”, a déclaré Bing Zhang, professeur d’astrophysique à l’Université du Nevada, Las Vegas, et co-auteur de l’un des Astronomie naturelle études, dans un rapport. “Cette découverte a non seulement remis en question notre compréhension des origines des GRB, (mais) elle nous oblige également à envisager un nouveau modèle de formation de certains GRB.”
L’équipe de Zhang pense que la nature unique de l’éclatement pourrait avoir résulté d’une collision probable entre une étoile à neutrons et une naine blanche, ou la taille de la Terre vestige qui émerge lorsque les étoiles de faible masse meurent.
L’événement a également permis de répondre à certaines questions concernant la création des éléments les plus lourds de l’univers.
“Les kilonovae sont alimentées par la désintégration radioactive de certains des éléments les plus lourds de l’univers”, a déclaré Jillian Rastinejad, doctorante en astronomie à Northwestern et première auteure de l’un des Astronomie naturelle études. « Mais les kilonovae sont très difficiles à observer et s’estompent très rapidement. Maintenant, nous savons que nous pouvons également utiliser de longs sursauts gamma pour rechercher plus de kilonovae.
Le télescope spatial James Webb permettra aux astronomes de rechercher les émissions émises par les kilonovae en utilisant la spectroscopie ou en mesurant différentes longueurs d’onde de lumière.
“Malheureusement, même les meilleurs télescopes au sol ne sont pas assez sensibles pour effectuer de la spectroscopie”, a déclaré Rastinejad. « Avec le (télescope Webb), nous aurions pu obtenir un spectre de la kilonova. Ces raies spectrales fournissent une preuve directe que vous avez détecté les éléments les plus lourds.