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    Kilonovae :tendre une embuscade à la bougie standard dans son propre nid

    Le plan fondamental aux rayons X de l'échantillon de platine, les Kilonovae et les SNe Ib/c associés aux GRB. Journal d'astrophysique (2020). DOI :10.3847/1538-4357/abbe8a. ArXiv :https://arxiv.org/abs/200.02092

    Les sursauts gamma (GRB) sont les phénomènes transitoires les plus lumineux et explosifs de l'univers après le Big Bang. Un outil puissant pour caractériser et classer les GRB afin de leur permettre d'être utilisés comme traceurs de l'histoire de l'expansion de l'univers et de comprendre leurs mécanismes physiques mystérieux et débattus a été récemment présenté par une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Dr Maria Dainotti, professeur assistant à l'Université Jagellonne, Pologne. Le nouvel article, qui a été accepté par le Journal d'astrophysique , est une analyse statistique des propriétés des mystérieux GRB, visant à déterminer les propriétés d'observation des sous-classes GRB. L'article porte une attention particulière aux GRB associés aux kilonovae.

    Les astronomes ne peuvent mesurer directement les distances à des objets proches de la Terre et doivent extrapoler les distances à des objets plus éloignés. Tous les objets qui servent de barreaux sur l'échelle de distance cosmologique ont des luminosités connues et sont appelés « bougies standard ». Une fois la luminosité absolue de la bougie standard connue, la distance à cet objet peut être calculée en fonction de sa luminosité mesurée. Par exemple, la lumière de la même bougie standard apparaîtra plus faible lorsqu'elle sera plus éloignée. Les GRB sont si puissants qu'en quelques secondes, ils émettent l'équivalent de l'énergie émise par le soleil pendant toute sa durée de vie. Ainsi, il est possible d'observer les GRB à des distances incroyablement grandes (a.k.a., grand décalage vers le rouge), beaucoup plus loin que les bougies standard comme les supernovae de type Ia (SNe Ia) qui sont observées jusqu'à 11 milliards d'années-lumière. L'utilisation des GRB comme nouveau type de bougie standard permettra aux astronomes d'étudier et de comprendre les problèmes cosmologiques qui pourraient changer les modèles actuels concernant l'histoire de l'univers et son évolution.

    Malgré des décennies d'observations, un modèle complet capable d'expliquer les mécanismes physiques sous-jacents et les propriétés de ces objets n'a pas encore été atteint. De nombreuses origines physiques possibles pour les GRB ont été proposées, comme l'explosion d'une étoile extrêmement massive (les GRB de longue durée) ou la fusion de deux objets compacts (les GRB de courte durée).

    Les Kilonovae (KNe) sont des objets astrophysiques liés aux GRB qui durent moins de deux secondes. Ces GRB courts proviennent d'explosions après la fusion de deux objets compacts tels que des étoiles à neutrons (NS). La détection de l'émission de rayons X à un endroit coïncidant avec le transitoire KN peut fournir le lien d'observation manquant entre les GRB courts et les ondes gravitationnelles (GW) produites par les fusions NS. La première détection du KN associé au GW et au court GRB 170817 a ouvert une nouvelle ère d'observations et d'investigations théoriques. La pièce manquante à cette histoire de longue date est le lien entre KNe et les corrélations observationnelles GRB que Dainotti et al. maintenant fournir.

    Même lorsque tous les GRB sont observés avec le même satellite, dans ce cas, L'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA, les caractéristiques des GRB varient considérablement sur plusieurs ordres de grandeur. Ceci s'applique non seulement à l'émission prompte (l'événement principal dans les rayons gamma), mais aussi à la phase de rémanence prolongée (qui suit l'émission rapide et est vue sur une large gamme de longueurs d'onde). Ainsi, le point clé de l'article de Dainotti et al., est la chasse aux caractéristiques qui restent invariantes selon les classes particulières de GRB.

    L'équipe a trouvé une corrélation 3-D, c'est à dire., un lien entre les trois variables suivantes qui identifie un plan :durée de la phase de plateau radiographique, sa luminosité, et la luminosité de la caractéristique de rayon gamma d'invite de crête. Les distances des GRB par rapport au plan d'une classe donnée ont permis aux auteurs de déterminer si les GRB appartiennent à cette classe particulière en montrant différentes caractéristiques liées à cette corrélation 3-D. Dainotti et al. montrent également que bien que les événements GRBs-KNe soient un sous-échantillon de la classe plus large des GRB de courte durée (cuboïdes rouges), ils présentent quelques particularités observationnelles :En effet, ils se situent tous sous le plan fondamental court comme le montre la figure 1 (icosaèdres tronqués jaunes).

    Dans cette analyse, biais de sélection et effets évolutifs (à savoir, comment les variables changent avec la distance ou le redshift) ont été pris en compte et ont montré que le plan fondamental repéré par les kilonovae est fiable et indépendant des effets de sélection ; Donc, l'application future de ce plan comme outil cosmologique est possible. En réalité, le plan GRBs-KNe a la plus petite distance observée de son plan, appelé dispersion intrinsèque. Ici, ce scatter est 29% plus petit qu'une analyse précédente, voir Fig. 1, qui provenait d'un communiqué de presse de la NASA en 2016. Nous notons que cette conclusion a été atteinte de manière naturelle sans supposer aucun critère d'observation comme cela avait été fait dans des études précédentes réalisées par certains des auteurs de cette recherche. Ce nouveau résultat est donc bien plus avancé que les analyses précédentes.

    Nous notons ici que tous les KN-SGRB (marqués en jaune) tombent en dessous du meilleur plan d'ajustement. En outre, les GRB associés au plan KNe ont encore une très petite distance du plan des kilonovae respectif lorsque l'évolution est prise en compte, voir Fig. 2. Plus la distance est petite par rapport à l'avion, plus l'avion est utile comme outil cosmologique. Un grand avantage de l'utilisation des GRB associés aux kilonovae est que les événements GRBKNe ont un processus d'émission physique plus clair par rapport aux autres classes GRB d'observation.

    Ainsi, le bond en avant dans cette étude est que cet échantillon a une mise à la terre physique liée à la relation du plan fondamental quelles que soient les caractéristiques de la phase de plateau qui peuvent varier considérablement d'un GRB à l'autre.


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