Une façon inédite d’annihiler une étoile –

Les astronomes qui étudient un puissant sursaut gamma (GRB) avec le télescope Gemini South, exploité par le NOIRLab de la NSF, ont peut-être détecté une manière inédite de détruire une étoile. Contrairement à la plupart des GRB, qui sont causés par l’explosion d’étoiles massives ou la fusion fortuite d’étoiles à neutrons, les astronomes ont conclu que ce GRB provenait plutôt de la collision d’étoiles ou de restes stellaires dans l’environnement saturé entourant un trou noir supermassif au cœur de une ancienne galaxie.

La plupart des étoiles de l’Univers meurent de manière prévisible, en fonction de leur masse. Les étoiles de masse relativement faible comme notre Soleil se détachent de leurs couches externes avec l’âge et finissent par s’estomper pour devenir des étoiles naines blanches. Les étoiles plus massives brûlent plus brillantes et meurent plus tôt dans des explosions de supernova cataclysmiques, créant des objets ultra-denses comme des étoiles à neutrons et des trous noirs. Si deux de ces restes stellaires forment un système binaire, ils peuvent également éventuellement entrer en collision. De nouvelles recherches, cependant, indiquent une quatrième option, hypothétique depuis longtemps, mais jamais vue auparavant.

Tout en recherchant les origines d’un sursaut gamma de longue durée (GRB), des astronomes utilisant le télescope Gemini Sud au Chili, qui fait partie de l’Observatoire international Gemini exploité par le NOIRLab de la NSF, et d’autres télescopes [1]ont découvert des preuves d’une collision semblable à un derby de démolition d’étoiles ou de restes stellaires dans la région chaotique et densément peuplée près du trou noir supermassif d’une ancienne galaxie.

“Ces nouveaux résultats montrent que les étoiles peuvent rencontrer leur disparition dans certaines des régions les plus denses de l’Univers où elles peuvent être amenées à entrer en collision”, a déclaré Andrew Levan, astronome à l’Université Radboud aux Pays-Bas et auteur principal d’un article paru dans le revue Nature Astronomy. “C’est passionnant pour comprendre comment les étoiles meurent et pour répondre à d’autres questions, telles que quelles sources inattendues pourraient créer des ondes gravitationnelles que nous pourrions détecter sur Terre.”

Les galaxies anciennes ont depuis longtemps dépassé leur apogée de formation d’étoiles et auraient peu ou pas d’étoiles géantes restantes, la principale source de longs GRB. Leurs noyaux, cependant, regorgent d’étoiles et d’une ménagerie de restes stellaires ultra-denses, tels que des étoiles naines blanches, des étoiles à neutrons et des trous noirs. Les astronomes soupçonnent depuis longtemps que dans la ruche turbulente d’activité entourant un trou noir supermassif, ce ne serait qu’une question de temps avant que deux objets stellaires entrent en collision pour produire un GRB. Cependant, les preuves de ce type de fusion sont insaisissables.

Les premiers indices qu’un tel événement s’était produit ont été observés le 19 octobre 2019 lorsque l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA a détecté un flash lumineux de rayons gamma qui a duré un peu plus d’une minute. Tout GRB durant plus de deux secondes est considéré comme “long”. Ces sursauts proviennent généralement de la mort en supernova d’étoiles d’au moins 10 fois la masse de notre Soleil, mais pas toujours.

Les chercheurs ont ensuite utilisé Gemini South pour faire des observations à long terme de la post-luminescence du GRB afin d’en savoir plus sur ses origines. Les observations ont permis aux astronomes de localiser l’emplacement du GRB dans une région à moins de 100 années-lumière du noyau d’une ancienne galaxie, ce qui l’a placé très près du trou noir supermassif de la galaxie. Les chercheurs n’ont également trouvé aucune preuve d’une supernova correspondante, qui laisserait son empreinte sur la lumière étudiée par Gemini South.

“Notre observation de suivi nous a dit que plutôt que d’être une étoile massive qui s’effondre, l’éclatement a très probablement été causé par la fusion de deux objets compacts”, a déclaré Levan. “En localisant son emplacement au centre d’une ancienne galaxie précédemment identifiée, nous avons eu la première preuve alléchante d’une nouvelle voie permettant aux étoiles de rencontrer leur disparition.”

Dans les environnements galactiques normaux, on pense que la production de longs GRB à partir de restes stellaires en collision tels que les étoiles à neutrons et les trous noirs est extrêmement rare. Les noyaux des galaxies anciennes, cependant, sont tout sauf normaux et il peut y avoir un million d’étoiles ou plus entassées dans une région de quelques années-lumière de diamètre. Une telle densité de population extrême peut être suffisamment importante pour que des collisions stellaires occasionnelles puissent se produire, en particulier sous l’influence gravitationnelle titanesque d’un trou noir supermassif, qui perturberait les mouvements des étoiles et les enverrait dans des directions aléatoires. Finalement, ces étoiles capricieuses se croiseraient et fusionneraient, déclenchant une explosion titanesque qui pourrait être observée à de vastes distances cosmiques.

Il est possible que de tels événements se produisent de manière routinière dans des régions aussi peuplées à travers l’Univers, mais qu’ils soient passés inaperçus jusqu’à présent. Une raison possible de leur obscurité est que les centres galactiques regorgent de poussière et de gaz, ce qui pourrait obscurcir à la fois le flash initial du GRB et la rémanence qui en résulte. Ce GRB particulier, identifié comme GRB 191019A, peut être une exception rare, permettant aux astronomes de détecter le sursaut et d’étudier ses effets secondaires.

Les chercheurs aimeraient en savoir plus sur ces événements. Leur espoir est de faire correspondre une détection GRB avec une détection d’ondes gravitationnelles correspondante, ce qui en révélerait plus sur leur vraie nature et confirmerait leurs origines, même dans les environnements les plus obscurs. L’Observatoire Vera C. Rubin, lorsqu’il sera mis en ligne en 2025, sera inestimable dans ce type de recherche.

“L’étude de sursauts gamma comme ceux-ci est un excellent exemple de la façon dont le domaine est vraiment avancé par de nombreuses installations travaillant ensemble, de la détection du GRB aux découvertes de rémanences et de distances avec des télescopes comme Gemini, en passant par la dissection détaillée des événements. avec des observations sur tout le spectre électromagnétique », a déclaré Levan.

“Ces observations s’ajoutent au riche héritage de Gemini en développant notre compréhension de l’évolution stellaire”, a déclaré Martin Still, directeur du programme de la NSF pour l’Observatoire international Gemini. “Les observations sensibles au temps témoignent des opérations agiles de Gemini et de sa sensibilité aux événements distants et dynamiques à travers l’Univers.”