Le 16 octobre, 2017, un groupe international d'astronomes et de physiciens a signalé avec enthousiasme la première détection simultanée d'ondes lumineuses et gravitationnelles provenant de la même source, une fusion de deux étoiles à neutrons. Maintenant, une équipe qui comprend plusieurs astronomes de l'Université du Maryland a identifié un parent direct de cet événement historique.

L'objet nouvellement décrit, nommé GRB150101B, a été signalé comme un sursaut gamma localisé par l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA en 2015. Observations de suivi par l'observatoire à rayons X Chandra de la NASA, le télescope spatial Hubble (HST) et le télescope Discovery Channel (DCT) suggèrent que GRB150101B partage des similitudes remarquables avec la fusion d'étoiles à neutrons, nommé GW170817, découvert par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) et observé par plusieurs télescopes collecteurs de lumière en 2017.

Une nouvelle étude suggère que ces deux objets distincts peuvent, En réalité, être directement liés. Les résultats ont été publiés le 16 octobre 2018 dans la revue Communication Nature .

"C'est un grand pas de passer d'un objet détecté à deux, " a déclaré l'auteur principal de l'étude Eleonora Troja, chercheur associé au département d'astronomie de l'UMD avec une nomination conjointe au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Notre découverte nous indique que des événements comme GW170817 et GRB150101B pourraient représenter une toute nouvelle classe d'objets en éruption qui s'allument et s'éteignent et pourraient en fait être relativement courants."

Troja et ses collègues soupçonnent que GRB150101B et GW170817 ont été produits par le même type d'événement :une fusion de deux étoiles à neutrons. Ces coalescences catastrophiques ont chacune généré un jet étroit, ou poutre, de particules de haute énergie. Les jets produisaient chacun un court, sursaut gamma intense (GRB) :un flash puissant qui ne dure que quelques secondes. GW170817 a également créé des ondulations dans l'espace-temps appelées ondes gravitationnelles, suggérant que cela pourrait être une caractéristique commune des fusions d'étoiles à neutrons.

La correspondance apparente entre GRB150101B et GW170817 est frappante :les deux ont produit un sursaut gamma exceptionnellement faible et de courte durée et les deux étaient une source de lumière brillante, lumière optique bleue et émission de rayons X de longue durée. Les galaxies hôtes sont également remarquablement similaires, sur la base des observations HST et DCT. Les deux sont des galaxies elliptiques brillantes avec une population d'étoiles de quelques milliards d'années qui ne montrent aucune preuve de formation de nouvelles étoiles.

"Nous avons un cas de sosies cosmiques, " a déclaré le co-auteur de l'étude Geoffrey Ryan, chercheur postdoctoral au département d'astronomie de l'UMD et membre du Joint Space-Science Institute. "Ils se ressemblent, agissent de la même manière et viennent de quartiers similaires, donc l'explication la plus simple est qu'ils appartiennent à la même famille d'objets."

Dans les cas du GRB150101B et du GW170817, l'explosion a probablement été vue « hors axe, " C'est, avec le jet ne pointant pas directement vers la Terre. Jusque là, ces événements sont les deux seuls GRB courts hors axe identifiés par les astronomes.

L'émission optique du GRB150101B est en grande partie dans la partie bleue du spectre, fournissant un indice important que cet événement est une autre kilonova, comme on le voit dans GW170817. Une kilonova est un éclair lumineux de lumière radioactive qui produit de grandes quantités d'éléments importants comme l'argent, or, platine et uranium.

Bien qu'il existe de nombreux points communs entre GRB150101B et GW170817, il y a deux différences très importantes. L'un est leur emplacement :GW170817 est relativement proche, à environ 130 millions d'années-lumière de la Terre, tandis que GRB150101B se trouve à environ 1,7 milliard d'années-lumière.

La deuxième différence importante est que, contrairement à GW170817, les données d'ondes gravitationnelles n'existent pas pour GRB150101B. Sans ces informations, l'équipe ne peut pas calculer les masses des deux objets qui ont fusionné. Il est possible que l'événement résulte de la fusion d'un trou noir et d'une étoile à neutrons, plutôt que deux étoiles à neutrons.

"Ce n'est sûrement qu'une question de temps avant qu'un autre événement comme GW170817 ne fournisse à la fois des données sur les ondes gravitationnelles et des images électromagnétiques. Si la prochaine observation de ce type révèle une fusion entre une étoile à neutrons et un trou noir, ce serait vraiment révolutionnaire, " a déclaré le co-auteur de l'étude Alexander Kutyrev, chercheur associé au département d'astronomie de l'UMD avec une nomination conjointe au Goddard Space Flight Center de la NASA. "Nos dernières observations nous redonnent espoir que nous assisterons à un tel événement avant trop longtemps."

Il est possible que quelques fusions comme celles observées dans GW170817 et GRB150101B aient été détectées précédemment, mais n'ont pas été correctement identifiés à l'aide d'observations complémentaires dans différentes longueurs d'onde de la lumière, selon les chercheurs. Sans de telles détections, en particulier, à des longueurs d'onde plus longues telles que les rayons X ou la lumière optique, il est très difficile de déterminer l'emplacement précis des événements qui produisent des sursauts de rayons gamma.

Dans le cas du GRB150101B, les astronomes ont d'abord pensé que l'événement pourrait coïncider avec une source de rayons X détectée par Swift au centre de la galaxie. L'explication la plus probable d'une telle source serait un trou noir supermassif dévorant du gaz et de la poussière. Cependant, des observations de suivi avec Chandra ont placé l'événement plus loin du centre de la galaxie hôte.

Selon les chercheurs, même si LIGO avait été opérationnel début 2015, il n'aurait très probablement pas détecté d'ondes gravitationnelles de GRB150101B en raison de la plus grande distance de l'événement par rapport à la Terre. Tous les mêmes, chaque nouvel événement observé avec LIGO et plusieurs télescopes collecteurs de lumière ajoutera de nouvelles pièces importantes au puzzle.

"Chaque nouvelle observation nous aide à mieux apprendre à identifier les kilonovae avec des empreintes spectrales :l'argent crée une couleur bleue, tandis que l'or et le platine ajoutent une nuance de rouge, par exemple, " Troja a ajouté. " Nous avons pu identifier cette kilonova sans données sur les ondes gravitationnelles, alors peut-être dans le futur, nous pourrons même le faire sans observer directement un sursaut gamma."

Le document de recherche, "Une kilonova bleue lumineuse et un jet hors axe d'une fusion binaire compacte à z=0,1341, " Eleonora Troja, Geoffroy Ryan, Luigi Piro, Hendrik van Eerten, S. Bradley Cenko, Yongmin Yoon, Seong-Kook Lee, Myungshin je, Takanori Sakamoto, Pradip Gatkine, Alexandre Kutyrev et Sylvain Veilleux, a été publié dans la revue Communication Nature le 16 octobre, 2018.