Une équipe internationale d’astronomes a découvert un long sursaut gamma dans une ancienne galaxie, probablement causé par la fusion de deux étoiles à neutrons distinctes, remettant en question les connaissances conventionnelles sur les causes de tels sursauts. L’équipe a utilisé plusieurs télescopes pour analyser le sursaut de 2019, et bien que d’autres causes potentielles soient envisagées, ils espèrent que de futures observations permettront de clarifier les origines du phénomène.
Pour la première fois, une équipe internationale d’astronomes a observé un long sursaut gamma près du centre d’une ancienne galaxie. Ce phénomène est particulier car ce type de sursauts gamma se produit généralement lorsque des étoiles massives s’effondrent ou lorsque des étoiles à neutrons tournent en rond pendant une longue période, et il n’y a pas de telles étoiles au centre des galaxies anciennes. L’équipe, dirigée par Andrew Levan (Université Radboud), a publié ses conclusions dans la revue Nature Astronomy.
Le consensus général était que les sursauts gamma de longue durée, d’au moins quelques secondes, ne pouvaient se produire que lorsqu’une étoile très lourde s’effondrait en supernova à la fin de sa vie. En 2022, un deuxième déclencheur potentiel de longs sursauts gamma a été découvert lorsque deux grandes étoiles, qui avaient été en orbite l’une autour de l’autre pendant toute leur vie, se sont transformées en étoiles à neutrons à la fin de leur vie et sont entrées en collision pour former une kilonova. Aujourd’hui, en 2023, il semble que les longs sursauts gamma puissent se produire d’une troisième manière.
« Nos données indiquent qu’il s’agit de la fusion de deux étoiles à neutrons distinctes. Il ne s’agit donc pas d’étoiles à neutrons qui sont restées ensemble toute leur vie », explique le chercheur principal Andrew Levan (Université Radboud). « Nous pensons que les étoiles à neutrons ont été poussées l’une vers l’autre par la gravité des nombreuses étoiles environnantes au centre de la galaxie ».
L’équipe de chercheurs a étudié les conséquences d’un sursaut gamma observé par l’observatoire Neil Gehrels Swift le 19 octobre 2019. Pour ce faire, ils ont utilisé le télescope Gemini South au Chili, le Nordic Optical Telescope sur l’île canarienne de La Palma et le télescope spatial Hubble.
Leurs observations montrent que le sursaut a été provoqué près du centre d’une ancienne galaxie. Cela fournit immédiatement deux arguments en faveur de la fusion de deux sources.
Le premier argument est qu’il n’y a pratiquement pas d’étoiles lourdes dans les galaxies anciennes qui pourraient s’effondrer en supernovae, car les étoiles lourdes se trouvent généralement dans les galaxies jeunes. En outre, les supernovae émettent une lumière optique brillante, qui n’a pas été observée dans ce cas.
Un deuxième argument est que le centre des galaxies est un endroit très fréquenté. Des centaines de milliers d’étoiles normales, de naines blanches, d’étoiles à neutrons, de trous noirs et de nuages de poussière gravitent autour d’un trou noir supermassif. Au total, cela représente plus de 10 millions d’étoiles et d’objets entassés dans un espace de quelques années-lumière. « C’est une zone comparable à la distance qui sépare notre soleil de l’étoile suivante », explique M. Levan. « La probabilité d’une collision au centre d’une galaxie est donc beaucoup plus élevée qu’à la périphérie, où nous nous trouvons.
Les chercheurs laissent encore la place à d’autres explications. Le sursaut gamma prolongé pourrait également résulter de la collision d’objets compacts autres que des étoiles à neutrons, par exemple des trous noirs ou des naines blanches. À l’avenir, les chercheurs espèrent pouvoir observer de longs sursauts gamma en même temps que des ondes gravitationnelles. Cela leur permettrait de faire des déclarations plus définitives sur l’origine du rayonnement.
Pour en savoir plus sur cette découverte :
Référence : « A long-duration gamma-ray burst of dynamical origin from the nucleus of an ancient galaxy » par Andrew J. Levan, Daniele B. Malesani, Benjamin P. Gompertz, Anya E. Nugent, Matt Nicholl, Samantha R. Oates, Daniel A. Perley, Jillian Rastinejad, Brian D. Metzger, Steve Schulze, Elizabeth R. Stanway, Anne Inkenhaag, Tayyaba Zafar, J. Feliciano Agüí Fernández, Ashley A. Chrimes, Kornpob Bhirombhakdi, Antonio de Ugarte Postigo, Wen-fai Fong, Andrew S. Fruchter, Giacomo Fragione, Johan P. U. Fynbo, Nicola Gaspari, Kasper E. Heintz, Jens Hjorth, Pall Jakobsson, Peter G. Jonker, Gavin P. Lamb, Ilya Mandel, Soheb Mandhai, Maria E. Ravasio, Jesper Sollerman et Nial R. Tanvir, 22 juin 2023, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038/s41550-023-01998-8