Déplace-toi sur le côté, AT2018COW. Il y a un nouveau transitoire astronomique dans l'univers, et c'est plus rapide, plus lourd et plus brillant aux longueurs d'onde radio que ses mystérieux prédécesseurs.

Après que les astronomes eurent repéré visuellement un éclat lumineux dans une minuscule galaxie à 500 millions d'années-lumière de la Terre en 2016, une équipe dirigée par la Northwestern University a déterminé que l'anomalie est le troisième transitoire optique bleu rapide (FBOT) jamais capturé dans les longueurs d'onde radio et X.

Une famille très lumineuse d'explosions cosmiques, Les FBOT ont la réputation de surprendre les astronomes avec leur rapidité, énergique, puissantes explosions d'énergie. Comme leur nom l'indique, les transitoires s'estompent presque aussi vite qu'ils apparaissent. Le FBOT le plus célèbre est peut-être AT2018COW ("La vache") - un événement rare qui semblait être la naissance d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons. Mais le FBOT nouvellement identifié, appelé CRTS-CSS161010 J045834-081803 ou CSS161010 pour faire court, a largement éclipsé la vache avec la vitesse et la lourdeur de ses sorties de matière.

CSS161010, En réalité, a produit certaines des sorties les plus rapides dans la nature, lançant des gaz et des particules à plus de 55% de la vitesse de la lumière. Ses sorties rapides ahurissantes sont également les plus documentées pour sa catégorie.

"C'était inattendu, " a déclaré Deanne Coppejans de Northwestern, qui est le premier auteur de l'étude. "Nous connaissons des explosions énergétiques qui peuvent éjecter de la matière à presque la vitesse de la lumière, en particulier les sursauts gamma, mais ils ne lancent qu'une petite quantité de masse - environ 1 millionième de la masse du soleil. CSS161010 a lancé 1 à 10 % de la masse du soleil à plus de la moitié de la vitesse de la lumière, preuve qu'il s'agit d'une nouvelle classe de transitoires."

« Nous pensions savoir ce qui produisait les sorties les plus rapides dans la nature, " a déclaré Raffaella Margutti de Northwestern, un auteur principal de l'étude. "Nous pensions qu'il n'y avait que deux façons de les produire :en effondrant une étoile massive avec un sursaut gamma ou en fusionnant deux étoiles à neutrons. Nous pensions que c'était tout. Avec cette étude, nous introduisons une troisième façon de lancer ces sorties. Il y a une nouvelle bête là-bas, et il est capable de produire le même phénomène énergétique."

La recherche a été publiée aujourd'hui (26 mai) dans le The Lettres de revues astrophysiques .

Margutti est professeure adjointe 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). Coppejans est un associé postdoctoral au CIERA et fait partie du groupe de recherche sur les transitoires de Margutti.

« Des supernovas étranges »

Les FBOT (prononcé F-bot) sont un type d'explosion cosmique initialement détecté dans la longueur d'onde optique. Si chaud qu'ils brillent de bleu, Les FBOT atteignent leur luminosité maximale en quelques jours, puis s'estompent rapidement, bien plus rapidement que l'augmentation et la décroissance des supernovas standard. Bien que les astronomes aient reconnu les FBOT comme leur propre classe en 2014, ils supposent que ces curieuses anomalies parsèment notre ciel nocturne depuis bien plus longtemps.

"Ceux-ci sont probablement dans nos archives depuis longtemps, mais nous ne les avons pas reconnus comme quelque chose de différent, " a déclaré Margutti. "Nous avons vu des problèmes dans d'autres galaxies que nous ne pouvions pas expliquer. Mais nous ne pouvions pas obtenir d'informations en dehors de la longueur d'onde optique, nous n'avons donc pas pu les examiner plus avant. Nous les appellerions simplement « des supernovae étranges ». »

L'équipe de Margutti combine plusieurs observatoires pour mieux comprendre ces mystérieuses explosions. En 2016, les chercheurs du Catalina Real-time Transient Survey et du All Sky Automated Supernova Survey (ASAS-SN) ont indépendamment repéré CSS161010 avec des longueurs d'onde optiques. Une équipe ASAS-SN a ensuite approché Margutti et Coppejans pour examiner de plus près leur expertise en rayons X et en ondes radio.

Parce que Northwestern a un accès à distance à l'observatoire de Keck, qui possède les plus grands télescopes optiques et infrarouges des États-Unis, ils ont pu observer le phénomène directement. (Northwestern est l'une des quatre seules institutions aux États-Unis à avoir un tel accès.)

"Les longueurs d'onde optiques peuvent nous renseigner sur les particules se déplaçant lentement dans une explosion. Mais " se déplacer lentement " est toujours 10, 000 kilomètres par seconde, " a déclaré Margutti. " Si vous voulez voir les particules les plus rapides, alors vous devez utiliser des rayons X et des ondes radio. Ensuite, vous pouvez les assembler pour avoir une image plus complète."

Bien que les astrophysiciens aient conclu que CSS161010 est définitivement un FBOT, ils ne sauront peut-être jamais que c'est vrai, nature sous-jacente. Il s'est simplement embrasé puis s'est estompé trop rapidement. Toujours, ils ont une supposition.

"Nous pensons que c'est un type très rare d'explosion stellaire, " a déclaré Coppejans. " Bien que ce soit moins probable, CSS161010 pourrait plutôt être une étoile dévorée par un trou noir de taille moyenne."

"The Cow et CSS161010 étaient très différents dans la rapidité avec laquelle ils ont pu accélérer ces sorties, " a dit Margutti. " Mais ils partagent une chose - cette présence d'un trou noir ou d'une étoile à neutrons à l'intérieur. C'est l'ingrédient clé."

L'étrange maison de CSS161010

Avant que les astronomes ne repèrent CSS161010, ils n'avaient pas remarqué la minuscule galaxie dans laquelle il résidait. Le FBOT incroyablement lumineux a attiré l'attention sur une galaxie naine près de la constellation Eridanus, qui a la forme d'une rivière dans l'hémisphère céleste sud. La galaxie hôte contient environ 10 millions d'étoiles, alors que la Voie Lactée comprend des milliards. Avec un accès à distance aux télescopes Keck à Hawaï, les chercheurs du Nord-Ouest ont pu apercevoir la minuscule galaxie, qui ne ressemblait à rien de plus qu'une petite tache.

Jusque là, les astronomes n'ont trouvé que des FBOT brillants comme CSS161010 et la vache dans ces minuscules galaxies, qui donne un indice sur leur nature. Bien que Margutti et Coppejans n'aient pas encore pleinement exploré ces indices, ils spéculent que les galaxies minuscules pourraient être plus susceptibles d'abriter des transitoires parce que ces galaxies contiennent de si faibles niveaux de métaux. (Les astronomes utilisent le mot « métaux » pour inclure tous les matériaux à l'exception de l'hydrogène et de l'hélium.)

La quantité de métaux affecte la quantité de masse que les étoiles perdent au cours de leur vie sous forme de vent stellaire. Une étoile sans métaux peut potentiellement conserver une plus grande partie de sa masse, produisant une plus grande explosion à la fin de sa vie.

Giacomo Terreran, un post-doctorant au CIERA, a pris les observations de Keck pour enquêter sur la galaxie et aider à comprendre le FBOT en son sein.

"Chaque fois qu'une étoile meurt ou que des étoiles à neutrons fusionnent, ils redonnent des métaux à l'environnement, " a dit Terreran. " Les petites galaxies ont une petite quantité de métaux parce que peu d'étoiles y sont mortes. Cela a un impact sur la façon dont les autres stars vivent leur vie. Nous pensons que ce n'est pas par hasard que nous ne trouvons que ces très rares transitoires dans ces minuscules galaxies."

Pour ce travail, une équipe internationale d'astrophysiciens a utilisé le spectromètre d'imagerie à basse résolution et le spectrographe d'imagerie profonde et multi-objets de l'observatoire Keck, le télescope à miroirs multiples, l'observatoire de rayons X Chandra, le Karl J. Jansky Very Large Array et le Giant Metrewave Radio Telescope.