Conséquences de la fusion de deux étoiles à neutrons. Les éjectas d'une explosion initiale ont formé une coquille autour du trou noir formé par la fusion. Un jet de matière propulsé à partir d'un disque entourant le trou noir a d'abord interagi avec la matière éjectée pour former un large "cocon". Plus tard, le jet a percé pour émerger dans l'espace interstellaire, où son mouvement extrêmement rapide est devenu apparent. Crédit :Sophia Dagnello, NRAO/AUI/NSF
Des mesures précises à l'aide d'une collection de radiotélescopes de la National Science Foundation (NSF) à l'échelle du continent ont révélé qu'un jet étroit de particules se déplaçant à presque la vitesse de la lumière a éclaté dans l'espace interstellaire après la fusion d'une paire d'étoiles à neutrons dans une galaxie 130 millions de lumière -ans de la Terre. La fusion, qui a eu lieu en août 2017, envoyé des ondes gravitationnelles dans l'espace. Ce fut le premier événement jamais détecté à la fois par les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques, y compris les rayons gamma, rayons X, lumière visible, et les ondes radio.
Au lendemain de la fusion, appelé GW170817, a été observé par des télescopes en orbite et au sol dans le monde entier. Les scientifiques ont observé que les caractéristiques des ondes reçues changeaient avec le temps, et a utilisé les changements comme indices pour révéler la nature des phénomènes qui ont suivi la fusion.
Une question qui ressort, même des mois après la fusion, était de savoir si l'événement avait produit une étroite, jet de matière rapide qui s'est frayé un chemin dans l'espace interstellaire. C'était important, parce que de tels jets sont nécessaires pour produire le type de sursauts gamma qui, selon les théoriciens, devraient être causés par la fusion de paires neutrons-étoiles.
La réponse est venue lorsque les astronomes ont utilisé une combinaison du Very Long Baseline Array (VLBA) de la NSF, le Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), et le télescope Robert C. Byrd Green Bank (GBT) et a découvert qu'une région d'émission radio de la fusion s'était déplacée, et le mouvement était si rapide que seul un jet pouvait expliquer sa vitesse.
"Nous avons mesuré un mouvement apparent qui est quatre fois plus rapide que la lumière. Cette illusion, appelé mouvement supraluminique, se produit lorsque le jet est pointé presque vers la Terre et que la matière dans le jet se déplace près de la vitesse de la lumière, " a déclaré Kunal Mooley, de l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO) et de Caltech.
Les astronomes ont observé l'objet 75 jours après la fusion, puis à nouveau 230 jours après.
« Sur la base de notre analyse, ce jet est très probablement très étroit, au plus 5 degrés de large, et était pointé à seulement 20 degrés de la direction de la Terre, " a déclaré Adam Deller, de l'Université de technologie de Swinburne et anciennement de la NRAO. "Mais pour correspondre à nos observations, le matériau dans le jet doit également être projeté vers l'extérieur à plus de 97% de la vitesse de la lumière", a-t-il ajouté.
Alors que le jet de la fusion d'étoiles à neutrons émergeait dans l'espace, les images radio simulées dans la conception de cet artiste illustrent son mouvement extrêmement rapide. Dans les 155 jours entre deux observations, le jet semblait se déplacer de deux années-lumière, une distance qui l'obligerait à voyager quatre fois plus vite que la lumière. Ce "mouvement supraluminique" est une illusion créée lorsque le jet est pointé presque vers la Terre et qu'il se déplace en fait à plus de 97 % de la vitesse de la lumière. (Pas à l'échelle.) Crédit :D. Berry, O. Gottlieb, K. Mooley, G. Hallinan, NRAO/AUI/NSF
Le scénario qui a émergé est que la fusion initiale des deux étoiles à neutrons superdenses a provoqué une explosion qui a propulsé une coquille sphérique de débris vers l'extérieur. Les étoiles à neutrons se sont effondrées dans un trou noir dont la puissante gravité a commencé à attirer de la matière vers elle. Ce matériau a formé un disque en rotation rapide qui a généré une paire de jets sortant de ses pôles.
Au fur et à mesure que l'événement se déroulait, la question est devenue de savoir si les jets sortiraient de la coquille de débris de l'explosion initiale. Les données des observations ont indiqué qu'un jet avait interagi avec les débris, formant un large "cocon" de matière s'étendant vers l'extérieur. Un tel cocon se dilaterait plus lentement qu'un jet.
"Notre interprétation est que le cocon a dominé l'émission radio jusqu'à environ 60 jours après la fusion, et plus tard, l'émission était dominée par les jets, " dit Ore Gottlieb, de l'Université de Tel-Aviv, un théoricien de premier plan sur l'étude.
« Nous avons eu la chance de pouvoir observer cet événement, car si le jet avait été pointé beaucoup plus loin de la Terre, l'émission radio aurait été trop faible pour que nous puissions la détecter, " a déclaré Gregg Hallinan de Caltech.
La détection d'un jet rapide dans GW170817 renforce considérablement le lien entre les fusions d'étoiles à neutrons et les sursauts gamma de courte durée, disaient les scientifiques. Ils ont ajouté que les jets doivent être pointés relativement près de la Terre pour que le sursaut gamma soit détecté.
"Notre étude démontre qu'en combinant les observations du VLBA, le VLA et le GBT est un moyen puissant d'étudier les jets et la physique associés aux événements d'ondes gravitationnelles, " dit Moley.
"L'événement de fusion était important pour un certain nombre de raisons, et il continue de surprendre les astronomes avec plus d'informations, " a déclaré Joe Pesce, Directeur de programme NSF pour NRAO. "Les jets sont des phénomènes énigmatiques observés dans de nombreux environnements, et maintenant ces observations exquises dans la partie radio du spectre électromagnétique en fournissent un aperçu fascinant, nous aider à comprendre comment ils fonctionnent.
Mooley et ses collègues ont rendu compte de leurs découvertes dans la version en ligne du journal du 5 septembre. La nature .
