Jamais une kilonova si brillante n’avait encore été observée

La plus brillante kilonova jamais observée a atteint la Terre le 22 mai dernier. Cette luminosité intense pourrait être un indice de la naissance d’un magnétar, formé par la fusion de deux étoiles à neutrons. Jamais encore les scientifiques n’ont vu de preuve d’un magnétar formé de cette façon, a annoncé l’université Northwestern (Illinois) le 12 novembre 2020.

Dans une étude, acceptée dans The Astrophysical Journal et accessible dans sa version prépubliée, l’équipe de scientifiques présente la détection de « GRB 200522A », un sursaut de rayons gamma (GRB est l’abréviation de « gamma-ray bursts » en anglais), aussi dit sursaut gamma. Ce sont des flashs de photons brefs et très énergiques. Cet énorme sursaut gamma a libéré plus d’énergie en une demi-seconde que le Soleil n’en produit pendant les 10 milliards d’années de sa vie, résume l’université Northwestern dans son communiqué.

Les étapes de cette collision.

Source : NASA, ESA, and D. Player (STScI).

« La détection des kilonovæ associée à des sursauts de rayons gamma brefs a été difficile », écrivent les auteurs. Trouver une kilonova est en soi une prouesse : ces événements, 1 000 fois plus lumineux que les novæ (des étoiles qui deviennent subitement brillantes, ce qui est dû à la présence d’un système binaire constitué par une naine blanche qui aspire de la masse de son compagnon), sont rarement observés. On soupçonne les kilonovæ d’être à l’origine d’éléments chimiques lourds, lors de la fusion d’objets compacts.

Au lieu de s’effondrer dans un trou noir, l’objet aurait survécu

Généralement, lors de la fusion de deux étoiles à neutrons, on s’attend à ce qu’elles forment une étoile à neutrons dense, qui s’effondre ensuite dans un trou noir en à peine quelques millisecondes. Dans le cas de GRB 200522A, les scientifiques soupçonnent que l’objet ait survécu. « Au lieu de s’effondrer dans un trou noir, il est devenu un magnétar : une étoile à neutrons à rotation rapide qui a de grands champs magnétiques, en train de déverser de l’énergie dans son milieu environnant et créant la lueur très brillante que nous voyons », résume Wen-fai Fong, professeure adjointe dans le département de physique et d’astronomie de l’université Northwestern, autrice principale de l’étude, citée dans le communiqué.

Pour tenter de vérifier l’hypothèse que le sursaut gamma vient bien d’un magnétar, les scientifiques l’ont examiné dans diverses longueurs d’onde (optique, rayons X, proche infrarouge, radio). La lumière a été détectée pour la première fois par le télescope spatial Swift. D’autres observatoires ont ensuite été mobilisés pour étudier les conséquences de cet événement : le télescope spatial Hubble, le Karl G. Jansky Very Large Array (Nouveau-Mexique), l’observatoire W. M. Keck (Hawaï) ainsi que le Réseau mondial de télescopes de l’observatoire de Las Cumbres (Californie).

Une autre lumière à traquer à l’avenir ?

Ce sont les données fournies par Hubble qui ont été déterminantes pour que les scientifiques comprennent mieux le mécanisme à l’origine d’une telle lumière. Par rapport aux observations de rayons X et radio, les chercheurs ont constaté que la lumière détectée dans le proche infrarouge était beaucoup plus brillante qu’attendu.

Cette découverte pourrait confirmer que les magnétars ne se forment pas seulement lors de la mort d’étoiles massives, mais qu’une petite partie de ces objets peut naître dans des fusions d’étoiles à neutrons. Si GRB 200522A provient bien d’un magnétar, les scientifiques pensent qu’il devrait émettre une lumière dans la longueur d’onde radio, d’ici quelques années. Les observations ne devraient donc pas s’arrêter là.

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