Plus un objet se trouve loin dans l'univers, plus il apparaît à travers la lentille d'un télescope.

Ainsi, lorsqu'une équipe d'astrophysiciens dirigée par la Northwestern University a détecté une rémanence d'un court sursaut gamma (SGRB) situé à 10 milliards d'années-lumière, ils ont été choqués. Rémanences, après tout, sont déjà des signaux incroyablement faibles et rapides, qui durent parfois à peine quelques heures.

Connu sous le nom de SGRB181123B, l'explosion s'est produite à peine 3,8 milliards d'années après le Big Bang. C'est le deuxième SGRB bien établi le plus éloigné jamais détecté et l'événement le plus éloigné avec une rémanence optique.

"On ne s'attendait certainement pas à découvrir un SGRB lointain, car ils sont extrêmement rares et très faibles, " a déclaré Wen-fai Fong de Northwestern, un auteur principal de l'étude. « Nous effectuons des « analyses médico-légales » avec des télescopes pour comprendre son environnement local, car à quoi ressemble sa galaxie d'origine peut nous en dire beaucoup sur la physique sous-jacente de ces systèmes."

Kerry Paterson, le premier auteur de l'étude, mentionné, "Nous pensons que nous découvrons la pointe de l'iceberg en termes de SGRB distants. Cela nous motive à étudier plus avant les événements passés et à examiner intensément les futurs."

L'étude sera publiée dans 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). Paterson est un associé postdoctoral au CIERA.

Certaines des explosions les plus énergiques et les plus brillantes de l'univers, Les SGRB se produisent très probablement lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent. Cette fusion provoque un sursaut de courte durée de rayons gamma, qui est la forme de lumière la plus énergétique. Les astronomes ne détectent généralement que sept ou huit SGRB par an qui sont suffisamment bien localisés pour d'autres observations. Et parce que leurs rémanences durent généralement, au plus, quelques heures avant de sombrer dans l'oubli, ils s'attardent rarement assez longtemps pour que les astronomes puissent les observer de près.

Mais avec SGRB181123B, les astronomes ont eu de la chance. L'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA a détecté l'événement pour la première fois la nuit de Thanksgiving en 2018. En quelques heures, l'équipe Northwestern a accédé à distance à l'observatoire international Gemini, à l'aide du télescope Gemini-Nord, situé au sommet du Mauna Kea à Hawaï. À l'aide de ce télescope de 8,1 mètres, les chercheurs ont mesuré la rémanence optique du SGRB181123B.

Avec des observations de suivi utilisant Gemini-South au Chili, MMT en Arizona et Keck à Hawaï, l'équipe a réalisé que SGRB181123B était peut-être plus éloigné que la plupart.

"Nous avons pu obtenir des observations approfondies du sursaut quelques heures seulement après sa découverte, " a déclaré Paterson. " Les images Gemini étaient très nettes, nous permettant de localiser avec précision l'emplacement d'une galaxie spécifique dans l'univers."

Fong ajouté, "Avec les SGRB, vous ne détecterez rien si vous arrivez trop tard dans le ciel. Mais de temps en temps, si tu réagis assez vite, vous allez atterrir sur une très belle détection comme celle-ci."

Un aperçu d'un midi cosmique

Pour découvrir la distance du SGRB par rapport à la Terre, l'équipe a ensuite accédé à un spectrographe proche infrarouge sur Gemini-Sud, qui peut sonder des longueurs d'onde plus rouges. En prenant un spectre de la galaxie hôte, les chercheurs ont réalisé qu'ils avaient découvert par hasard un SGRB distant.

Après avoir identifié la galaxie hôte et calculé la distance, Fong, Paterson et leur équipe ont pu déterminer les propriétés clés des populations stellaires mères au sein de la galaxie qui ont produit l'événement. Parce que SGRB181123B est apparu alors que l'univers n'avait qu'environ 30 % de son âge actuel – à une époque connue sous le nom de « haut midi cosmique » – il offrait une rare opportunité d'étudier les fusions d'étoiles à neutrons à l'époque où l'univers était un « adolescent ».

Lorsque SGRB181123B s'est produit, l'univers était incroyablement occupé, avec des étoiles en formation rapide et des galaxies à croissance rapide. Les étoiles binaires massives ont besoin de temps pour naître, évoluer et mourir, se transformant finalement en une paire d'étoiles à neutrons qui finissent par fusionner.

"On ne sait pas depuis longtemps combien de temps les étoiles à neutrons, en particulier celles qui produisent des SGRB, mettent à fusionner, " a déclaré Fong. "Trouver un SGRB à ce stade de l'histoire de l'univers suggère que, à une époque où l'univers formait beaucoup d'étoiles, la paire d'étoiles à neutrons a peut-être fusionné assez rapidement."