Lorsque deux étoiles à neutrons sont entrées en collision le 17 août, une recherche généralisée du rayonnement électromagnétique de l'événement a conduit à des observations de la lumière de la rémanence de l'explosion, enfin connecter un événement produisant des ondes gravitationnelles à l'astronomie conventionnelle utilisant la lumière, selon une équipe internationale d'astronomes.

Détections précédentes d'ondes gravitationnelles par LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) et Virgo, un observatoire européen basé à Pise, Italie, ont été causés par des collisions de deux trous noirs. Les collisions de trous noirs ne devraient généralement pas entraîner d'émissions électromagnétiques et aucune n'a été détectée.

"Une image complète des fusions d'objets compacts, cependant, nécessite la détection d'une contrepartie électromagnétique, " les chercheurs rapportent en ligne aujourd'hui (16 octobre) dans Science .

La détection, le 17 août, d'une onde gravitationnelle provenant de la collision de deux étoiles à neutrons par des observatoires d'ondes gravitationnelles aux États-Unis et en Europe a déclenché une cascade rapide d'observations par une variété de télescopes en orbite et au sol à la recherche d'une contrepartie électromagnétique.

Deux secondes après la détection de l'onde gravitationnelle, le moniteur Gamma Ray Burst du vaisseau spatial Fermi de la NASA a détecté une courte rafale de rayons gamma dans la zone d'origine de l'onde gravitationnelle.

Tandis que le Swift Gamma Ray Burst Explorer, un satellite de la NASA en orbite terrestre basse contenant trois instruments, le Burst Alert Telescope, le télescope à rayons X et le télescope ultraviolet/optique peuvent voir un sixième du ciel à la fois, il n'a pas vu le sursaut de rayons gamma parce que cette partie du ciel n'était pas alors visible pour Swift. Penn State est en charge du Mission Operations Center for Swift qui tourne autour de la Terre toutes les 96 minutes et peut manœuvrer pour observer une cible en aussi peu que 90 secondes.

Une fois que l'équipe Swift a connu la zone appropriée à rechercher, il a mis en action les instruments du satellite. Swift est particulièrement utile dans ce type d'événement car il peut se repositionner très rapidement sur une cible. Dans ce cas, le télescope a été reciblé environ 16 minutes après avoir été notifié par LIGO/Virgo, et a commencé à chercher une contrepartie électromagnétique.

Initialement, en raison des prédictions des modèles théoriques, les chercheurs pensaient que le rayonnement électromagnétique qu'ils verraient serait des rayons X. C'est pourquoi le NuSTAR de la NASA, (Réseau de télescopes spectroscopiques nucléaires), qui regarde les rayons X, a également cherché dans le ciel des signaux électromagnétiques. Ni Swift ni NuSTAR n'ont détecté de rayons X.

"Pour les sursauts gamma, les modèles prédisent qu'une émission de rayons X précoce serait observée, " dit Aaron Tohuvavohu, Assistant d'opérations et de recherche scientifique Swift, État de Penn. "Mais il n'y en avait aucun détectable à partir de cet événement jusqu'à 9 jours après la fusion."

Au lieu, Swift a identifié une rémanence ultraviolette qui s'estompe rapidement.

"L'émission d'UV était inattendue et très excitante, " a ajouté Tohuvavohu.

Les sursauts de rayons gamma apparaissent comme un sursaut directionnel d'énergie provenant d'étoiles massives effondrées. Tout type de détecteur doit se trouver dans un certain arc de la rafale pour le voir. La rémanence de l'explosion, est cependant, plus omnidirectionnel.

« Quoi que nous pensions qui allait arriver, n'était pas ce qui s'est réellement passé, " a déclaré Jamie A Kennea, diriger, L'équipe Swift Science Operations et professeur agrégé de recherche en astronomie et astrophysique, État de Penn. "Le prochain événement de fusion étoile à neutrons-étoile à neutrons pourrait être très différent."

La combinaison des données de localisation des diverses observations de l'événement a présenté une bonne estimation de l'endroit où se trouvaient les deux étoiles dans l'univers.

"Swift a carrelé tout le champ dans la zone identifiée et n'a rien trouvé d'autre qui aurait pu causer l'émission, " a déclaré Michael H. Siegel, professeur agrégé de recherche et responsable de l'équipe Ultraviolet Optical Telescope, État de Penn. "Nous sommes convaincus qu'il s'agit de la contrepartie de l'onde gravitationnelle détectée que LIGO a vue."

La découverte de Swift est spectaculaire car elle est associée à un événement d'onde gravitationnelle qui en fait une véritable fusion d'étoiles à neutrons doubles, dit Peter Mészáros, Chaire Eberly d'Astronomie et d'Astrophysique et professeur de physique, État de Penn, qui a beaucoup étudié les sursauts gamma et les ondes gravitationnelles.

"Ce qui est surprenant, c'est que nous n'avons plus que des émissions optiques mais pas de rayons X, " dit Mészáros. " Typiquement, une fusion étoile à neutrons-étoile à neutrons devrait avoir des rayons X pendant longtemps avec des émissions optiques s'estompant relativement plus rapidement. La seule chose que l'on puisse en déduire, sur la base des modèles que moi et d'autres avons développés, c'est que le faisceau de rayons X est plus étroit et n'est pas dirigé directement vers nous."

Dans ce cas, la fusion aurait produit des rayons X, mais ils auraient été pointés dans une direction éloignée de la Terre, empêchant Swift et NuSTAR de détecter les émissions initiales de rayons X.

Mészáros note que les ondes gravitationnelles semblaient provenir d'objets plus petits en masse que les trous noirs, qui pointait vers des étoiles à neutrons, et que les émissions électromagnétiques corrélées séparément à l'événement fournissent deux manières de prouver qu'il s'agit d'une fusion d'étoiles à neutrons.

La collision étoile à neutrons-étoile à neutrons s'est produite à 130 millions d'années-lumière dans une autre galaxie. Une année-lumière est la distance que la lumière peut parcourir en un an, ce qui représente près de 6 000 milliards de milles.

Selon les chercheurs, cet événement était proche de notre système solaire selon les normes astronomiques. Les collisions trou noir-trou noir initialement détectées par LIGO, en revanche, étaient à des milliards d'années-lumière.

"Une collision étoile à neutrons-étoile à neutrons était notre meilleur espoir pour une signature électromagnétique, ", a déclaré Kennea. "Mais il est toujours surprenant que nous en ayons eu un lors de notre première collision étoile à neutrons-étoile à neutrons."