Des chercheurs capturent le premier exemple d’un événement astronomique extrêmement brillant et évoluant rapidement dans l’univers lointain

L’univers est plein de phénomènes transitoires énergétiques, des événements astronomiques qui se produisent sur une courte période de temps. Par exemple, la plupart des étoiles massives terminent leur vie en explosant de façon spectaculaire, ce qu’on appelle une supernova, un type majeur de transitoires. Afin de comprendre l’origine de ces phénomènes transitoires, diverses enquêtes temporelles ont été réalisées au cours des dernières décennies. Alors que de plus en plus de transitoires ont été découverts, les chercheurs ont commencé à remarquer de nouveaux types de transitoires ces dernières années.

Pour comprendre la nature de divers phénomènes transitoires, un projet international d’enquête sur les transitoires appelé “Enquête MUltibande Subaru pour les supernovae en phase précoce” (MUSSES), dirigé par Ji-an Jiang, un ancien Institut Kavli pour la physique et les mathématiques de l’univers ( Kavli IPMU) Le chercheur du projet (actuellement stagiaire postdoctoral à l’Observatoire astronomique national du Japon (NAOJ)) tente d’attraper divers transitoires à évolution rapide dans la journée suivant leur apparition, en utilisant l’installation d’enquête la plus puissante au monde, l’Hyper Suprime-Cam (HSC) monté sur le télescope Subaru de 8,2 m.

En effectuant des observations Subaru/HSC consécutives en décembre 2020, 20 transitoires à évolution rapide ont été découverts, et l’un d’eux, MUSSES2020J (AT 2020afay), a attiré l’attention de Jiang.

“MUSSES2020J a été découvert avec une très faible luminosité le 11 décembre 2020, et sa luminosité a montré un éclaircissement significatif lors de notre observation. Plus surprenant, l’évolution rapide de la courbe de lumière et le décalage vers le rouge très élevé du transitoire confirmé par des observations de suivi indiquent que la luminosité de MUSSES2020J était environ 50 fois plus élevée, tandis que la phase ascendante était beaucoup plus courte que celles des supernovae normales, qui présentent en effet une grande similitude avec un transitoire particulier récemment découvert, AT 2018cow.Nous suggérons d’appeler ces transitoires extrêmes Fast Blue Ultraluminous Transient (FBUT). Jusqu’à présent, seule une poignée d’entre eux ont été découverts, et nous n’en avions jamais vu un peu après son apparition en raison de leur évolution extrêmement rapide.Grâce au mode d’enquête à haute cadence et aux excellentes performances de Subaru/HSC, nous avons pu parfaitement attrapez ce phénomène étonnant pour la première fois. Les premières données de courbe de lumière multibande apportent des informations uniques pour comprendre l’origine de t ces transitoires incroyables », a déclaré le premier auteur Jiang.

Les données ont stimulé des discussions intensives sur les origines de MUSSES2020J et de quelques autres FBUT, dirigées par divers chercheurs au sein de l’équipe, dont l’étudiant diplômé de l’Université de Kyoto Kohki Uno, le professeur agrégé de l’Université de Kyoto Keiichi Maeda, le professeur adjoint du NAOJ Takashi Moriya et Kavli IPMU Senior Scientist Ken’ichi Nomoto.

L’enquête théorique est toujours en cours, mais l’équipe a jusqu’à présent réduit les possibilités à quelques scénarios, dont la plupart impliquent un objet compact actif – soit un trou noir, soit une étoile à neutrons hautement magnétisée – pour alimenter ces objets extrêmement brillants. .

“Il ne fait presque aucun doute qu’un objet compact actif est impliqué, et c’est l’une des principales raisons pour lesquelles ces transitoires sont si différents des supernovae normales. Les possibilités restantes sont un événement où une étoile est perturbée par la marée par un trou noir massif, ou un effondrement massif d’étoiles qui est différent des supernovae normales en ce sens qu’il a probablement laissé un objet compact très actif comme un trou noir en accrétion Les données de phase très précoce fournies pour la première fois pour une classe de FBUT suggèrent l’existence de sous- sortie relativiste distinctement d’une masse d’éjectas plus lents, et cela doit être une clé pour résoudre le problème. Nous vérifions actuellement les détails de chaque modèle pour identifier de manière robuste l’origine de MUSSES2020J, avec la forte contrainte fournie par cette nouvelle observation ” dit Maeda.

“MUSSES2020J montre une courbe de lumière similaire à AT 2018cow. La courbe de lumière d’AT 2018cow est bien reproduite par le modèle d’interaction entre la matière circumstellaire et l’éjecta d’une supernova à instabilité de paires pulsatoires (PPISN). Le PPISN est l’explosion d’un étoile très massive qui s’effondrerait pour former un trou noir et éjecter la couche externe sous une forme semblable à un jet. Par conséquent, il est possible qu’un modèle PPISN similaire avec une quantité différente de matière circumstellaire puisse également expliquer la courbe de lumière de MUSSES2020J”, dit Nomoto.

L’équipe de Jiang continuera à chercher la réponse à l’origine de ce type transitoire nouvellement confirmé en effectuant des relevés transitoires avec des télescopes partout dans le monde.

“Grâce à la grande capacité de la Subaru Hyper Suprime-Cam, nous avons pu trouver un transitoire mystérieux très rare. Comme la cible principale de notre observation était différente, nous n’avons pas pu bien effectuer d’observations de suivi. Il peut s’agir d’une explosion ratée. événement d’une étoile, ou il peut être lié à un trou noir massif. La prochaine fois, comme nous savons que nous pouvons trouver ces événements, nous pouvons préparer des observations de suivi pour comprendre ce type d’événement mystérieux “, a déclaré Kavli IPMU Visiting Senior Scientist et le professeur Mamoru Doi de l’Université de Tokyo.

Les détails de cette étude ont été publiés dans Les lettres du journal astrophysique le 12 juillet 2022.