Détection de rayons X persistant plusieurs années après la première détection d’une collision d’étoiles à neutrons

L’année 2017 a marqué l’astrophysique avec la première détection d’ondes gravitationnelles issues d’une collision d’étoiles à neutrons au moyen des interféromètres LIGO et Virgo. Bien que cet événement soit déjà vieux de trois ans, les astrophysiciens continuent d’analyser les données qui lui sont relatives et d’observer la zone d’espace dans laquelle il s’est produit. Récemment, une équipe de chercheurs a observé des rayons X persistants issus de cette fusion. Bien que cette rémanence électromagnétique ait été prédite par certains modèles, elle n’avait jusqu’à maintenant jamais été observée.

Cela fait trois ans que la première détection historique d’une fusion d’étoiles à neutrons à partir d’ondes gravitationnelles a été faite. Et depuis ce jour, une équipe internationale de chercheurs dirigée par l’astronome de l’Université du Maryland Eleonora Troja, surveille en permanence les émissions de radiations ultérieures pour fournir l’image la plus complète d’un tel événement.

Leur analyse fournit des explications possibles pour les rayons X qui ont persisté à partir de la collision, longtemps après que les modèles ont prédit qu’ils s’arrêteraient. L’étude révèle également que les modèles actuels d’étoiles à neutrons et de collisions de corps compacts manquent d’informations importantes. La recherche a été publiée dans la revue MNRAS.

« Nous entrons dans une nouvelle phase de notre compréhension des étoiles à neutrons. Nous ne savons vraiment pas à quoi nous attendre à partir de maintenant, car tous nos modèles ne prévoyaient pas de rayons X et nous avons été surpris de les voir 1000 jours après la détection de la collision. Il faudra peut-être des années pour trouver la réponse. Mais nos recherches ouvrent la porte à de nombreuses possibilités », explique Troja.

GW170817 : après le sursaut gamma et la kilonova, les rayons X

La fusion d’étoiles à neutrons que l’équipe de Troja a étudiée — GW170817 — a été identifiée pour la première fois à partir des ondes gravitationnelles détectées par l’interféromètre LIGO le 17 août 2017. En quelques heures, des télescopes du monde entier ont commencé à observer le rayonnement électromagnétique, y compris les rayons gamma et la lumière émis par l’explosion. C’était la première et, pour le moment, l’unique fois, que les astrophysiciens ont pu suivre le rayonnement électromagnétique associé à une telle collision et aux ondes gravitationnelles.

Quelques secondes après la détection de GW170817, les astrophysiciens ont détecté le sursaut électromagnétique initial, connu sous le nom de sursaut gamma, puis la kilonova plus lente, un nuage de gaz qui a éclaté suite au sursaut gamma. La lumière de la kilonova a duré environ trois semaines, puis s’est estompée. Pendant ce temps, neuf jours après la première détection des ondes gravitationnelles, les télescopes ont observé quelque chose qu’ils n’avaient pas encore vu : des rayons X.

Émission et persistance des rayons X : plusieurs hypothèses

Des modèles astrophysiques prédisent que lorsque le sursaut initial d’une collision d’étoiles à neutrons se déplace dans l’espace interstellaire, il crée sa propre onde de choc, qui émet des rayons X, des ondes radio et de la lumière. Ceci est connu comme la rémanence. Mais une telle rémanence n’avait jamais été observée auparavant. Dans ce cas, la rémanence a atteint son maximum environ 160 jours après la détection des ondes gravitationnelles, puis s’est rapidement dissipée.

Mais les rayons X, eux, ont persisté. Ils ont été observés pour la dernière fois par l’Observatoire de rayons X Chandra deux ans et demi après la détection de GW170817. L’article suggère quelques explications possibles pour les émissions de rayons X à vie longue. Une possibilité est que ces rayons X représentent une caractéristique complètement nouvelle de la rémanence d’une collision, et la dynamique d’un sursaut gamma est en quelque sorte différente de celle attendue. Une autre possibilité est que la kilonova et le nuage de gaz en expansion derrière le sursaut gamma ont peut-être créé leur propre onde de choc qui a mis plus de temps à atteindre la Terre.

« Nous avons vu la kilonova, nous savons donc que ce nuage de gaz est là, et les rayons X de son onde de choc pourraient bien nous atteindre. Mais nous avons besoin de plus de données pour comprendre si c’est ce que nous voyons. Si c’est le cas, cela peut nous donner un nouvel outil, une signature de ces événements que nous ne connaissions pas. Cela peut nous aider à trouver des collisions d’étoiles à neutrons sans détections antérieures de rayons X », explique Geoffrey Ryan.

Sources : arXiv