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    Les astronomes découvrent que les rayons X persistent des années après la collision historique d'étoiles à neutrons

    Les chercheurs ont surveillé en permanence le rayonnement émanant du premier (et jusqu'à présent seul) événement cosmique détecté à la fois dans les ondes gravitationnelles et dans l'ensemble du spectre de la lumière. La collision d'étoiles à neutrons détectée le 17 août 2017, est visible sur cette image émanant de la galaxie NGC 4993. Une nouvelle analyse fournit des explications possibles pour les rayons X qui ont continué à rayonner à partir de la collision longtemps après que les autres rayonnements se soient estompés et bien au-delà des prédictions du modèle. Crédit :E. Troja

    Cela fait trois ans depuis la détection historique d'une fusion d'étoiles à neutrons à partir d'ondes gravitationnelles. 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 rayonnement ultérieures pour fournir l'image la plus complète d'un tel événement.

    Leur analyse fournit des explications possibles pour les rayons X qui ont continué à rayonner à partir de la collision longtemps après que les modèles aient 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 le 12 octobre 2020, dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society .

    "Nous entrons dans une nouvelle phase de notre compréhension des étoiles à neutrons, " dit Troja, chercheur associé au département d'astronomie de l'UMD et auteur principal de l'article. "Nous ne savons vraiment pas à quoi nous attendre à partir de maintenant, car tous nos modèles ne prédisaient pas de rayons X et nous avons été surpris de les voir 1, 000 jours après la détection de l'événement de collision. Cela peut prendre des années pour trouver la réponse à ce qui se passe, mais notre recherche ouvre la porte à de nombreuses possibilités.

    La fusion d'étoiles à neutrons étudiée par l'équipe de Troja - GW170817 - a été identifiée pour la première fois à partir d'ondes gravitationnelles détectées par le Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory et son homologue Virgo le 17 août. 2017. En quelques heures, les télescopes du monde entier ont commencé à observer le rayonnement électromagnétique, y compris les rayons gamma et la lumière émise par l'explosion. C'était la première et unique fois que les astronomes pouvaient observer le rayonnement associé aux ondes de gravité, bien qu'ils savaient depuis longtemps qu'un tel rayonnement se produit. Toutes les autres ondes de gravité observées à ce jour ont pour origine des événements trop faibles et trop éloignés pour que le rayonnement puisse être détecté depuis la Terre.

    Quelques secondes après la détection de GW170817, les scientifiques ont enregistré le jet d'énergie initial, connu sous le nom de sursaut gamma, puis la kilonova plus lente, un nuage de gaz qui jaillit derrière le jet initial. La lumière de la kilonova a duré environ trois semaines, puis s'est estompée. Pendant ce temps, neuf jours après la première détection de l'onde de gravité, les télescopes ont observé quelque chose qu'ils n'avaient jamais vu auparavant :les rayons X. Des modèles scientifiques basés sur l'astrophysique connue ont prédit que lorsque le jet 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, ondes radio et lumière. C'est ce qu'on appelle la rémanence. Mais une telle rémanence n'avait jamais été observée auparavant. Dans ce cas, la rémanence a culminé environ 160 jours après la détection des ondes de gravité, puis s'est rapidement estompée. Mais les rayons X sont restés. Ils ont été observés pour la dernière fois par le Chandra X-ray Observatory deux ans et demi après la première détection de GW170817.

    Le nouveau document de recherche suggère quelques explications possibles pour les émissions de rayons X à longue durée de vie. Une possibilité est que ces rayons X représentent une toute nouvelle caractéristique de la rémanence d'une collision, et la dynamique d'un sursaut gamma est en quelque sorte différente de celle attendue.

    « Avoir une collision si proche de nous qu'elle est visible ouvre une fenêtre sur l'ensemble du processus à laquelle nous avons rarement accès, " dit Troja, who is also a research scientist at NASA's Goddard Space Flight Center. "It may be there are physical processes we have not included in our models because they're not relevant in the earlier stages that we are more familiar with, when the jets form."

    Another possibility is that the kilonova and the expanding gas cloud behind the initial jet of radiation may have created their own shock wave that took longer to reach Earth.

    "We saw the kilonova, so we know this gas cloud is there, and the X-rays from its shock wave may just be reaching us, " said Geoffrey Ryan, a postdoctoral associate in the UMD Department of Astronomy and a co-author of the study. "But we need more data to understand if that's what we're seeing. If it is, it may give us a new tool, a signature of these events that we haven't recognized before. That may help us find neutron star collisions in previous records of X-ray radiation."

    A third possibility is that something may have been left behind after the collision, perhaps the remnant of an X-ray emitting neutron star.

    Much more analysis is needed before researchers can confirm exactly where the lingering X-rays came from. Some answers may come in December 2020, when the telescopes will once again be aimed at the source of GW170817. (The last observation was in February, 2020.)

    "This may be the last breath of an historical source or the beginning of a new story, in which the signal brightens up again in the future and may remain visible for decades or even centuries, " Troja said. "Whatever happens, this event is changing what we know about neutron star mergers and rewriting our models."


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