Ă山ǿĽé

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La fusion d’étoiles à neutrons pose une nouvelle énigme aux astrophysiciens

Contre toute attente, l’émission rémanente générée par une collision cosmique devient plus brillante
±ĘłÜ˛ú±ôľ±Ă©: 18 January 2018

L’intensitĂ© de l’émission de lumière rĂ©manente, gĂ©nĂ©rĂ©e par la fusion d’étoiles Ă  neutrons dĂ©tectĂ©e en aoĂ»t dernier, continue d’augmenterĚý– Ă  la grande surprise des astrophysiciens qui Ă©tudient le rĂ©sultat de la collision massive qui s’est produite il y a quelque 138Ěýmillions d’annĂ©es-lumière et qui a propulsĂ© des ondes gravitationnelles partout dans l’Univers.

De nouvelles observations rĂ©alisĂ©es Ă  l’aide du tĂ©lescope spatial Ă  rayonsĚýX Chandra de la NASA, faisant l’objet d’un article publiĂ© dans la revue Astrophysical Journal Letters, rĂ©vèlent que le sursaut gamma rĂ©sultant de cette collision est plus complexe que les scientifiques l’avaient d’abord cru.

«ĚýHabituellement, lorsque nous observons un bref sursaut gamma, le jet d’émission brille pendant une courte pĂ©riode lorsqu’il entre en collision avec le milieu ambiant, puis sa luminositĂ© diminue au fur et Ă  mesure que la quantitĂ© d’énergie dĂ©versĂ©e diminueĚý», explique DarylĚýHaggard, astrophysicienne Ă  l’UniversitĂ©ĚýĂ山ǿĽé et membre du Centre de recherche en astrophysique du QuĂ©bec (CRAQ), dont l’équipe de recherche a dirigĂ© la nouvelle Ă©tude. «ĚýCelui-ci est diffĂ©rentĚý: il ne s’agit pas d’un simple jet d’émission Ă©troit et ordinaire.Ěý»

La théorie du cocon

On pourrait expliquer ces nouvelles observations au moyen de modèles plus complexes des rĂ©manents de la fusion des Ă©toiles Ă  neutrons. L’une des hypothèses propose que la fusion ait gĂ©nĂ©rĂ© un jet d’émission ayant chauffĂ© les dĂ©bris gazeux environnants par le biais d’un choc, crĂ©ant ainsi un «ĚýcoconĚý» chaud autour du jet et brillant pendant plusieurs mois dans le domaine des rayonsĚýX et des ondes radio.

Les observations rĂ©alisĂ©es Ă  l’aide du tĂ©lescope Ă  rayonsĚýX concordent avec celles obtenues par une autre Ă©quipe de chercheurs Ă  l’aide de radiotĂ©lescopes, et qui montrent aussi une augmentation au fil du temps de la brillance gĂ©nĂ©rĂ©e au moment de la collision.

Tandis que les radiotĂ©lescopes ont pu suivre les changements de l’émission rĂ©manente pendant tout l’automne, les tĂ©lescopes Ă  rayonsĚýX et dans le domaine visible n’ont pu l’observer pendant une pĂ©riode d’environ trois mois, car la source se trouvait alors trop près du Soleil dans le ciel.

«ĚýLorsque la source est sortie de cette zone d’aveuglement cĂ©leste au dĂ©but du mois de dĂ©cembre, notre Ă©quipe de l’observatoire Chandra a saisi l’occasion d’observer ce qui se passaitĚý», souligne JohnĚýRuan, chercheur postdoctoral Ă  l’Institut spatial de Ă山ǿĽé et auteur principal du nouvel article. «ĚýEffectivement, l’émission de lumière rĂ©manente s’est rĂ©vĂ©lĂ©e plus brillante dans le domaine des rayonsĚýX, tout comme elle l’était dans le domaine des ondes radio.Ěý»

Mystérieux phénomènes physiques

Cette dĂ©couverte inattendue a dĂ©clenchĂ© une vĂ©ritable ruĂ©e chez les astronomes dans le but de comprendre les mĂ©canismes physiques Ă  l’origine de cette Ă©mission. «ĚýCette fusion d’étoiles Ă  neutrons ne ressemble en rien Ă  ce que nous connaissionsĚý», affirme MelaniaĚýNynka, Ă©galement chercheuse postdoctorale Ă  l’UniversitĂ©ĚýĂ山ǿĽé. «ĚýPour les astrophysiciens, il s’agit d’un cadeau qui ne cesse de nous rĂ©server des surprises.Ěý» MelaniaĚýNynka ainsi que des astronomes de l’UniversitĂ© Northwestern et de l’UniversitĂ© de Leicester sont Ă©galement co-auteurs du nouvel article.

La fusion d’étoiles Ă  neutrons a Ă©tĂ© dĂ©tectĂ©e pour la première fois le 17ĚýaoĂ»t dernier par l’observatoire d’ondes gravitationnelles par interfĂ©romĂ©trie laser (Laser Interferometer Gravitational-Wave ObservatoryĚý– LIGO), situĂ© aux États-Unis. Le dĂ©tecteur europĂ©en Virgo et quelque 70Ěýobservatoires spatiaux et terrestres ont contribuĂ© Ă  confirmer cette dĂ©couverte.

Cette dĂ©couverte marque le dĂ©but d’une nouvelle ère dans le domaine de l’astronomie. En effet, c’est la première fois que des scientifiques peuvent observer un Ă©vĂ©nement cosmique dans le domaine tant des ondes lumineusesĚý– la base de l’astronomie traditionnelleĚý– que des ondes gravitationnelles, ces dĂ©formations de l’espace-temps prĂ©dites il y a un siècle par AlbertĚýEinstein dans sa thĂ©orie de la relativitĂ© gĂ©nĂ©rale. On croit que les fusions d’étoiles Ă  neutrons, des objets parmi les plus denses de l’Univers, sont responsables de la production d’élĂ©ments lourds, comme l’or, le platine et l’argent.

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L’article «ĚýBrightening X-ray Emission from GW170817/GRB170817A: Further Evidence for an OutflowĚý», par JohnĚýJ.ĚýRuan etĚýcoll., a Ă©tĂ© publiĂ© le 18ĚýjanvierĚý2018 dans la revue Astrophysical Journal Letters.Ěý

Cette Ă©tude a Ă©tĂ© financĂ©e par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en gĂ©nie du Canada, le Fonds de recherche du QuĂ©becĚý– Nature et technologies, la Chaire d’astrophysique et de cosmologie LorneĚýTrottier de l’UniversitĂ©ĚýĂ山ǿĽé et l’Institut canadien de recherches avancĂ©es.

IMAGE : NASA, CXC, Ă山ǿĽé, J. Ruan et coll.Ěý: On voit ici la contrepartie, dans le domaine des rayons X, de l’onde gravitationnelle GW170817 provenant de la fusion de deux Ă©toiles Ă  neutrons. L’image de gauche montre l’ensemble des observations faites Ă  l’aide du tĂ©lescope spatial Ă  rayons X Chandra de la NASA, Ă  la fin d’aoĂ»t et au dĂ©but de septembre 2017. L’image de droite montre l’ensemble des observations faites Ă  l’aide de ce mĂŞme tĂ©lescope, au dĂ©but de dĂ©cembre 2017. La contrepartie de l’onde GW170817 est visible dans le coin supĂ©rieur gauche de la galaxie hĂ´te, NGC 4993, situĂ©e Ă  environ 130 millions d’annĂ©es-lumière de la Terre. Sa luminositĂ© a presque quadruplĂ© sur une pĂ©riode de trois mois. L’onde GW170817 a Ă©tĂ© observĂ©e pour la première fois le 17 aoĂ»t 2017.

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