Le dernier chapitre de la détection historique de la puissante fusion de deux étoiles à neutrons en 2017 est officiellement écrit. Après que l'éclat extrêmement lumineux s'est finalement estompé au noir, une équipe internationale dirigée par la Northwestern University a minutieusement construit sa rémanence, la dernière partie du cycle de vie du célèbre événement.

Non seulement l'image résultante est l'image la plus profonde de la rémanence de la collision d'étoiles à neutrons à ce jour, il révèle également des secrets sur les origines de la fusion, le jet qu'il a créé et la nature des sursauts gamma plus courts.

"C'est l'exposition la plus profonde que nous ayons jamais prise de cet événement à la lumière visible, " a déclaré Wen-fai Fong de Northwestern, qui a dirigé la recherche. "Plus l'image est profonde, plus nous pourrons obtenir d'informations."

L'étude sera publiée ce mois-ci dans The Lettres de revues astrophysiques . Fong est professeur adjoint de physique et d'astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du CIERA (Centre d'exploration et de recherche interdisciplinaires en astrophysique), un centre de recherche doté de Northwestern s'est concentré sur l'avancement des études en mettant l'accent sur les connexions interdisciplinaires.

De nombreux scientifiques considèrent la fusion d'étoiles à neutrons de 2017, surnommé GW170817, comme la découverte la plus importante de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) à ce jour. C'était la première fois que des astrophysiciens capturaient deux étoiles à neutrons en collision. Détecté à la fois dans les ondes gravitationnelles et la lumière électromagnétique, c'était aussi la toute première observation multi-messagers entre ces deux formes de rayonnement.

La lumière de GW170817 a été détectée, partiellement, parce que c'était tout près, ce qui le rend très lumineux et relativement facile à trouver. Quand les étoiles à neutrons sont entrées en collision, ils ont émis une kilonova—lumière 1, 000 fois plus lumineuse qu'une nova classique, résultant de la formation d'éléments lourds après la fusion. Mais c'est exactement cette luminosité qui a fait sa rémanence - formée d'un jet voyageant près de la vitesse de la lumière, martèlent l'environnement environnant, si difficile à mesurer.

"Pour que nous puissions voir la rémanence, la kilonova a dû s'écarter, " dit Fong. " Assez sûrement, environ 100 jours après la fusion, la kilonova était tombée dans l'oubli, et la rémanence a pris le dessus. La rémanence était si faible, cependant, laissant aux télescopes les plus sensibles le soin de le capturer."

Hubble à la rescousse

A partir de décembre 2017, Le télescope spatial Hubble de la NASA a détecté la rémanence de lumière visible de la fusion et a revisité l'emplacement de la fusion 10 fois de plus en un an et demi.

La boîte indique où se trouvait la rémanence maintenant fanée.

Fin mars 2019, L'équipe de Fong a utilisé le Hubble pour obtenir l'image finale et l'observation la plus profonde à ce jour. Pendant sept heures et demie, le télescope a enregistré une image du ciel d'où s'est produite la collision étoile à neutrons. L'image résultante a montré - 584 jours après la fusion d'étoiles à neutrons - que la lumière visible émanant de la fusion avait finalement disparu.

Prochain, L'équipe de Fong avait besoin de supprimer la luminosité de la galaxie environnante, afin d'isoler la rémanence extrêmement faible de l'événement.

"Pour mesurer avec précision la lumière de la rémanence, tu dois enlever toutes les autres lumières, " dit Pierre Blanchard, un post-doctorant au CIERA et le deuxième auteur de l'étude. "Le plus grand coupable est la contamination lumineuse de la galaxie, dont la structure est extrêmement compliquée."

Fong, Blanchard et leurs collaborateurs ont relevé le défi en utilisant les 10 images, dans lequel la kilonova était partie et la rémanence est restée ainsi que la finale, image Hubble profonde sans traces de collision. L'équipe a superposé son image Hubble profonde sur chacune des 10 images de rémanence. Puis, à l'aide d'un algorithme, ils ont méticuleusement soustrait - pixel par pixel - toute la lumière de l'image Hubble des images de rémanence antérieures.

Le résultat :une dernière série temporelle d'images, montrant la faible rémanence sans contamination lumineuse de la galaxie d'arrière-plan. Complètement aligné avec les prédictions du modèle, il s'agit de la série temporelle d'imagerie la plus précise de la rémanence de lumière visible du GW170817 produite à ce jour.

"L'évolution de la luminosité correspond parfaitement à nos modèles théoriques de jets, " a déclaré Fong. " Cela correspond également parfaitement à ce que la radio et les rayons X nous disent. "

Informations éclairantes

Avec l'image de l'espace lointain de Hubble, Fong et ses collaborateurs ont glané de nouvelles informations sur la galaxie d'origine de GW170817. Peut-être le plus frappant, ils ont remarqué que la zone autour de la fusion n'était pas densément peuplée d'amas d'étoiles.

"Des études antérieures ont suggéré que des paires d'étoiles à neutrons peuvent se former et fusionner dans l'environnement dense d'un amas globulaire, " a déclaré Fong. "Nos observations montrent que ce n'est certainement pas le cas pour cette fusion d'étoiles à neutrons."

Selon la nouvelle image, Fong pense aussi que lointain, les explosions cosmiques connues sous le nom de sursauts gamma courts sont en fait des fusions d'étoiles à neutrons - simplement vues sous un angle différent. Les deux produisent des jets relativistes, qui sont comme une lance à incendie de matériau qui se déplace près de la vitesse de la lumière. Les astrophysiciens voient généralement les jets des sursauts gamma lorsqu'ils sont dirigés directement, comme regarder directement dans la lance à incendie. Mais GW170817 a été vu sous un angle de 30 degrés, ce qui n'avait jamais été fait auparavant dans la longueur d'onde optique.

"GW170817 est la première fois que nous avons pu voir le jet 'hors axe, "", a déclaré Fong. "La nouvelle série chronologique indique que la principale différence entre GW170817 et les sursauts gamma lointains est l'angle de vision."