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Les sursauts gamma ne se font pas bousculer

Paul M. Sutter est astrophysicien à SUNY Stony Brook et le Flatiron Institute, hôte de Demandez à un Spaceman et Radio spatiale, et auteur de Comment mourir dans l’espace. Il a contribué cet article à 45secondes.fr’s Voix d’experts: opinions et idées.

Court sursauts gamma, qui, comme son nom l’indique, sont de brèves explosions de rayons gamma de haute énergie, ont tendance à apparaître loin de leurs galaxies hôtes.

Pendant des années, les astronomes ont pensé que cela signifiait qu’ils avaient un «coup de pied» à leur naissance. Mais de nouvelles observations prouvent le contraire: il nous manque juste toutes les étoiles de leur quartier.

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Court et rapide

Il a fallu beaucoup de temps aux astronomes pour comprendre ce qui dans l’univers provoquait de courts sursauts gamma. Ces sursauts, d’une durée inférieure à environ deux secondes, ont été repérés pour la première fois par l’armée américaine lorsqu’elle a développé des détecteurs de rayons gamma en orbite pour flairer les essais nucléaires soviétiques sournois. Lorsque les détecteurs se sont déchaînés (et que la panique a disparu), les responsables américains ont réalisé que le cosmos lointain était beaucoup plus actif que leur Adversaires de la guerre froide.

La raison pour laquelle les astronomes vivaient une période si difficile était que les sursauts gamma courts sont a) courts et b) rares. C’est un mauvais combo pour un groupe de personnes qui dépendent de la capacité de voir la même chose encore et encore pour avoir une idée.

Quelle que soit la cause de ces courtes rafales, elle était brutalement énergique et relativement petite, encore plus petite qu’une étoile. Les astronomes pourraient estimer ce dernier bit en fonction de la durée de l’événement lui-même. L’événement de sursaut gamma court moyen dure environ 0,2 seconde, et si vous voulez qu’un objet dans l’espace fasse quelque chose (comme, par exemple, exploser), ses actions sont toujours limitées par la vitesse de la lumière. Si l’événement dure 0,2 seconde, cela signifie qu’une extrémité de l’objet ne peut pas être éloignée de plus de 0,2 seconde-lumière de l’autre extrémité. Cela équivaut à environ quatre fois le diamètre de Terre.

Ajoutant au mystère, ce n’est qu’en 2005 que les astronomes ont finalement capté une rémanence d’un court sursaut gamma. Avant cette découverte d’éclairs de rayons X qui duraient des heures après l’événement principal, tous les sursauts étaient des affaires isolées.

Et ce n’est qu’en 2017 que les astronomes ont obtenu le dernier indice décisif, lorsqu’un court événement de rayons gamma a coïncidé avec la détection d’un onde gravitationnelle. Cette onde gravitationnelle particulière portait la signature de la fusion de deux étoiles à neutrons – une soi-disant kilonova.

Étoiles à neutrons: définition et faits

Loin de chez moi

Même si les astronomes avaient finalement compris ce qui causait de courts sursauts gamma, un grand mystère restait: leur emplacement. Contrairement à leurs cousins ​​de plus longue durée (longs sursauts gamma), bon nombre des courts avaient tendance à provenir de régions de l’univers relativement loin des galaxies. Ils ne font pas partie de la population stellaire normale.

Lier un événement puissant et rare comme celui-ci à son environnement est une astuce astronomique utile. Par exemple, avant de bien comprendre ce qui cause les différents types de supernovae, les astronomes ont remarqué que la classe de type II a tendance à provenir de galaxies elliptiques et spirales, tandis que le type I vient essentiellement de partout. Cela nous a aidés à comprendre leurs identités: le type II provient de la mort d’étoiles massives, qui sont fabriquées en abondance dans des elliptiques et des spirales formant des étoiles, alors que le type I provient de la destruction de nains blancs, un objet beaucoup plus commun et durable qui peut vivre n’importe où.

Et les astronomes ont donc été intrigués par l’emplacement de nombreux sursauts gamma courts. Ils viennent très certainement d’étoiles (les étoiles à neutrons derrière les événements de kilonova sont les cœurs restants de grandes étoiles), mais les courts sursauts gamma n’étaient pas intégrés à une population d’étoiles plus anciennes … ou des étoiles du tout, d’ailleurs .

Cela a conduit les astronomes à soupçonner qu’avant que les étoiles à neutrons ne claquent ensemble dans un éclair de kilonova, une dynamique compliquée les «expulse» de leur maison et les éloigne de leur hôte. galaxies. Puis, errant dans les profondeurs intergalactiques solitaires, les étoiles à neutrons fusionnent, conduisant à un court sursaut gamma, cette seule explosion de lumière le seul signe de leur existence.

Piles et piles d’étoiles

Une autre possibilité, comme suggéré par un article paru récemment dans le journal de pré-impression arXiv, est que nous nous trompons.

De loin, la grande majorité des étoiles d’une galaxie sont concentrées au centre même ou dans un disque mince. En règle générale, moins de 2% de toutes les étoiles se trouvent dans la région appelée « Halo, « qui peut s’étendre de 10,00 à 100 000 parsecs de la galaxie proprement dite. (Un parsec équivaut à environ 3,26 années-lumière.) D’où le simple raisonnement selon lequel si nous voyons une grande proportion de sursauts gamma courts venant de l’intérieur le halo, et les étoiles y sont relativement rares, alors les étoiles à neutrons qui ont conduit à l’éclatement doivent provenir d’ailleurs.

Cependant, comme les galaxies sont si brillantes et qu’il y a relativement peu d’étoiles dans le halo, il est en fait notoirement difficile de mesurer le nombre d’étoiles halo pour une galaxie donnée. Ainsi, lorsque les astronomes ont dit quelque chose comme « les sursauts gamma courts proviennent d’un halo très vide », cela n’est vrai que dans un sens statistique moyen.

Les astronomes à l’origine de la nouvelle étude ont donc examiné très profondément et longuement les galaxies qui ont accueilli de courts sursauts gamma – et ont constaté que ces événements n’étaient pas aussi isolés qu’ils le paraissaient. Dans tous les cas, ils ont trouvé des populations d’étoiles anciennes s’éloignant du disque galactique et dans les régions des sursauts. Ces vieilles étoiles sont plus susceptibles d’avoir des restes stellaires, comme des étoiles à neutrons, qui finiraient par entrer en collision dans une explosion de kilonova – et un court sursaut gamma associé.

La conclusion est qu’il n’y a pas besoin d’un coup de pied. Il n’y a même pas vraiment de mystère. De courts sursauts gamma qui se produisent loin à l’extérieur de leurs galaxies hôtes sont là parce qu’il y a en fait plus d’étoiles à leur voisinage que nous ne le pensions. Les étoiles à neutrons ne sont pas éjectées au hasard de leurs galaxies hôtes aussi souvent qu’on aurait pu le penser. Ce qui, compte tenu de la violence de l’univers peut être, est peut-être la réponse la plus surprenante.

Apprendre encore plus: « Aucun coup de pied de vitesse n’est nécessaire pour expliquer les décalages à grande distance des supernovae riches en Ca et des GRB courts« 

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