Les plus mauvaises explosions stellaires dans l'espace Une kilonova est produite par la collision de deux étoiles à neutrons, et cela peut générer de jolis feux d'artifice stellaires. Nasa, ESA, et A. Feild (STScI)

Quand une étoile massive tombe à court de carburant et meurt, il peut s'éteindre dans un flamboiement de gloire, exploser en supernova.

Mais les supernovas ne sont pas les seuls gros booms. Entrez le "kilonova". Il est 1, 000 fois plus brillante qu'une nova (lorsqu'une naine blanche éclate) mais pas aussi brillante qu'une supernova. Une kilonova est déclenchée par la collision de deux cadavres stellaires. Ces événements produisent les explosions électromagnétiques les plus puissantes de l'univers et sont responsables de la pluie d'or de l'univers.

Cosses stellaires

Les étoiles à neutrons sont les cadavres stellaires en question. Produit par des supernovas, ces enveloppes extrêmement denses sont laissées pour compte après la fin de la vie des étoiles massives. Ils sont composés principalement de neutrons et mesurent une dizaine de kilomètres de large. Mais ne vous laissez pas tromper par leur taille relativement petite. Ils emballent la masse d'une étoile entière (plus massive que notre soleil) dans leurs minuscules volumes et possèdent des champs magnétiques intenses. Cela signifie que les étoiles à neutrons sont parmi les objets les plus extrêmes de l'univers connu. Une cuillerée à thé de matière d'étoile à neutrons pèse 1 milliard de tonnes (907 millions de tonnes métriques).

La matière des étoiles à neutrons n'agit pas comme la matière normale. Ces objets dominés par la gravitation écrasent tout ce dont ils sont faits dans un état « dégénéré ». C'est-à-dire, les pressions sont si extrêmes que la mécanique quantique est la seule chose qui empêche leur masse de s'effondrer sur elle-même et de créer un trou noir.

Donc, si deux étoiles à neutrons entrent en collision, ce serait évidemment un événement incroyablement violent et destructeur. Le 17 août, les scientifiques ont vu les conséquences d'une telle collision avec l'aimable autorisation de l'observatoire des ondes gravitationnelles de l'interféromètre laser (Advanced LIGO) aux États-Unis et de l'observatoire des ondes gravitationnelles de la Vierge en Italie. Ces observatoires avancés d'ondes gravitationnelles ont détecté une très étrange, signal faible émanant d'une galaxie appelée NGC 4993, 130 millions d'années-lumière.

Astronomie multi-messagers

Jusqu'à ce moment, les détecteurs d'ondes gravitationnelles n'avaient discerné que la fusion des trous noirs des milliards à des années-lumière, ainsi mesurer un signal faible à une distance relativement proche a été une surprise. Après l'analyse de l'onde gravitationnelle révélatrice "chirp" (une augmentation rapide de la fréquence lorsque deux objets massifs tournent l'un autour de l'autre, éventuellement entrer en collision et fusionner), les scientifiques ont réalisé que le signal, appelé GW170817, n'était pas une fusion de trou noir, il s'agissait en fait de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les étoiles, avec des masses de seulement 1,1 et 1,6 soleils, était devenu piégé dans une danse gravitationnelle, en spirale les uns sur les autres et en collision.

Lorsque la détection a été faite, L'observatoire de rayons gamma Fermi de la NASA et le télescope spatial européen INTEGRAL ont également enregistré un puissant flash de rayonnement gamma provenant de NGC 4993, connu sous le nom de sursaut court gamma (GRB).

Bien que les scientifiques aient émis l'hypothèse que les GRB courts sont générés par la collision d'étoiles à neutrons, ce n'est qu'à l'aide de détecteurs d'ondes gravitationnelles que cela a pu être confirmé. C'est la première fois que des scientifiques mesurent à la fois les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques d'un seul événement cosmique, connecter un GRB avec une fusion d'étoiles à neutrons et ouvrir une toute nouvelle façon d'étudier l'univers - connue sous le nom d'"astronomie multi-messagers".

Kilonova !

Les ondes gravitationnelles nous ont aidés à relier le GRB à la collision des étoiles à neutrons, mais qu'est-ce qui a créé le GRB ?

La fusion d'étoiles à neutrons qui a généré GW170817 était sans aucun doute violente. Alors que les deux masses tournaient rapidement l'une autour de l'autre et entrèrent en contact, d'énormes quantités de matière d'étoiles à neutrons super chaudes ont été projetées dans l'espace. Quand ça s'est passé, il a préparé le terrain pour des feux d'artifice de kilonova.

Comme les étoiles à neutrons sont composées principalement de neutrons, et les neutrons sont un élément clé (avec les protons) des noyaux atomiques, il y avait soudain BEAUCOUP de blocs de construction subatomiques qui volaient immédiatement après l'écrasement de l'étoile à neutrons. Les conditions étaient si extrêmes que cet environnement était mûr pour que des morceaux de matériau d'étoile à neutrons radioactifs se collent ensemble, créer de nouveaux éléments. Grâce à un processus appelé capture rapide de neutrons ("r-process"), les neutrons se sont attachés aux éléments nouvellement créés avant qu'ils ne puissent se désintégrer radioactivement. La création de nouveaux éléments a généré une quantité incroyable d'énergie, éruption avec un puissant rayonnement gamma, générant le GRB, les astronomes ont vu à 130 millions d'années-lumière.

Études de suivi du site de l'explosion turbulente par le télescope spatial Hubble, L'observatoire Gemini et le très grand télescope de l'ESO ont révélé des preuves spectroscopiques du processus r. Et c'est spécial :dans les restes de l'explosion de kilonova, de grandes quantités d'éléments lourds, comme l'or, platine, mener, de l'uranium et de l'argent avaient été synthétisés.

Les scientifiques se demandent depuis longtemps comment des éléments plus lourds que le fer sont créés dans notre univers (des éléments plus légers que le fer sont créés via la nucléosynthèse stellaire dans le noyau des étoiles), mais maintenant nous avons des preuves d'observation que ces kilonovas cataclysmiques sont aussi des fonderies cosmiques où les éléments les plus lourds - et les plus précieux - sont ensemencés.

Note éditoriale :Cet article a été corrigé le 20 octobre, de rectifier une inexactitude introduite par l'éditeur, déformer la luminosité des kilonovas. Les supernovas sont, En réalité, le plus intelligent, suivis des kilonovas et des novas, respectivement.

Maintenant c'est intéressant

Bien que les ondes gravitationnelles se déplacent à la vitesse de la lumière, GW170817 a été détecté par LIGO et Virgo quelques instants avant que le GRB ne soit détecté par Fermi et INTEGRAL. Selon la Nasa, c'est parce que la fusion d'étoiles à neutrons s'est produite en premier (en lançant des ondes gravitationnelles) et la kilonova a éclaté quelques instants après (en faisant exploser l'univers avec des rayons gamma).