Alors que le satellite INTEGRAL de l'ESA observait le ciel, il a repéré une explosion de rayons gamma (photons à haute énergie) provenant de la galaxie voisine M82. Quelques heures plus tard seulement, le télescope spatial à rayons X XMM-Newton de l'ESA a recherché une rémanence de l'explosion mais n'en a trouvé aucune.
Une équipe internationale, comprenant des chercheurs de l'Université de Genève (UNIGE), a réalisé que l'explosion devait être une éruption extra-galactique d'un magnétar, une jeune étoile à neutrons dotée d'un champ magnétique exceptionnellement puissant. La découverte a été publiée dans la revue Nature .
Le 15 novembre 2023, le satellite INTEGRAL de l'ESA a repéré une explosion soudaine provenant d'un objet rare. Pendant seulement un dixième de seconde, une courte explosion de rayons gamma énergétiques est apparue dans le ciel. "Les données satellitaires ont été reçues au Centre de données scientifiques INTEGRAL (ISDC), basé sur le site Ecogia du Département d'astronomie de l'UNIGE, d'où une alerte sursaut gamma a été envoyée aux astronomes du monde entier, seulement 13 secondes après sa détection." explique Carlo Ferrigno, chercheur associé principal au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE, PI de l'ISDC et co-auteur de la publication.
Le logiciel IBAS (Integral Burst Alert System) a fourni une localisation automatique coïncidant avec la galaxie M82, située à 12 millions d'années-lumière. Ce système d'alerte a été développé et est exploité par des scientifiques et ingénieurs de l'UNIGE en collaboration avec des collègues internationaux.
"Nous avons tout de suite réalisé qu'il s'agissait d'une alerte particulière. Les sursauts gamma viennent de loin et de n'importe où dans le ciel, mais ce sursaut provenait d'une galaxie proche et brillante", explique Sandro Mereghetti de l'Institut national d'astrophysique (INAF-IASF). ) à Milan, Italie, auteur principal de la publication et contributeur d'IBAS.
L'équipe a immédiatement demandé au télescope spatial XMM-Newton de l'ESA d'effectuer une observation de suivi de l'emplacement de l'explosion dès que possible. S'il s'agissait d'un court sursaut gamma, provoqué par la collision de deux étoiles à neutrons, la collision aurait créé des ondes gravitationnelles et aurait une rémanence dans les rayons X et la lumière visible.
Cependant, les observations de XMM-Newton n'ont montré que les gaz chauds et les étoiles de la galaxie. À l'aide de télescopes optiques au sol, notamment le Telescopio Nazionale Galileo italien et l'Observatoire français de Haute-Provence, ils ont également recherché un signal en lumière visible, démarrant seulement quelques heures après l'explosion, mais encore une fois, ils n'ont rien trouvé.
En l'absence de signal dans les rayons X et la lumière visible, et sans ondes gravitationnelles mesurées par les détecteurs sur Terre (LIGO/VIRGO/KAGRA), l'explication la plus certaine est que le signal provenait d'un magnétar.
"Lorsque des étoiles plus massives que huit fois le soleil meurent, elles explosent en une supernova qui laisse derrière elles un trou noir ou une étoile à neutrons. Les étoiles à neutrons sont des restes stellaires très compacts avec plus que la masse du soleil regroupés dans une sphère de la taille de dans le canton de Genève. Ils tournent rapidement et possèdent des champs magnétiques puissants", explique Volodymyr Savchenko, chercheur associé au Département d'astronomie de la Faculté des sciences de l'UNIGE et co-auteur de la publication.
Certaines jeunes étoiles à neutrons ont des champs magnétiques très puissants, plus de 10 000 fois supérieurs à ceux des étoiles à neutrons typiques. C’est ce qu’on appelle des magnétars. Ils émettent de l'énergie dans des éruptions, et parfois ces éruptions sont gigantesques.
Cependant, au cours des 50 dernières années d’observation des rayons gamma, seules trois éruptions géantes ont été identifiées comme provenant de magnétars de notre galaxie. Ces explosions sont très fortes :celle détectée en décembre 2004 provenait de 30 000 années-lumière de nous mais était encore suffisamment puissante pour affecter les couches supérieures de l'atmosphère terrestre, comme le font les éruptions solaires, venant de beaucoup plus près de nous.
L'éruption détectée par INTEGRAL est la première confirmation ferme d'une éruption magnétar en dehors de la Voie Lactée. M82 est une galaxie brillante où se produit la formation d’étoiles. Dans ces régions, naissent des étoiles massives, vivent de courtes vies turbulentes et laissent derrière elles une étoile à neutrons. "La découverte d'un magnétar dans cette région confirme que les magnétars sont probablement de jeunes étoiles à neutrons", ajoute Savchenko.
La recherche d’autres magnétars se poursuivra dans d’autres régions de formation d’étoiles extra-galactiques, afin de comprendre ces objets astronomiques extraordinaires. Si les astronomes parviennent à en trouver beaucoup plus, ils pourront commencer à comprendre à quelle fréquence ces éruptions se produisent et comment les étoiles à neutrons perdent de l'énergie au cours du processus.
Des explosions d’une si courte durée ne peuvent être capturées que par hasard lorsqu’un observatoire pointe déjà dans la bonne direction. Cela rend INTEGRAL, avec son grand champ de vision, plus de 3 000 fois supérieur à la zone du ciel couverte par la lune, si important pour ces détections.
Ferrigno explique :"Notre système de traitement automatique des données est très fiable et nous permet d'alerter immédiatement la communauté." Lorsque des observations inattendues comme celle-ci sont détectées, INTEGRAL et XMM-Newton peuvent être flexibles dans leurs horaires, ce qui est essentiel pour les découvertes cruciales.
Dans ce cas, si les observations avaient été effectuées ne serait-ce qu'un jour plus tard, il n'y aurait pas eu de preuve aussi solide qu'il s'agissait bien d'un magnétar et non d'un sursaut gamma.
Plus d'informations : Une éruption géante de magnétar dans la galaxie étoilée voisine M82, Nature (2024). DOI :10.1038/s41586-024-07285-4
Informations sur le journal : Nature
Fourni par l'Université de Genève
