« Explosion parfaite » : la fusion d’étoiles à neutrons crée une explosion cosmique sphérique | Espace

Les astronomes ont observé ce qui pourrait être «l’explosion parfaite», une explosion colossale et totalement sphérique déclenchée par la fusion de deux restes stellaires très denses appelés étoiles à neutrons peu de temps avant que l’entité combinée ne s’effondre pour former un trou noir.

Les chercheurs ont décrit mercredi pour la première fois les contours du type d’explosion, appelée kilonova, qui se produit lorsque les étoiles à neutrons fusionnent. La boule de feu de matière lumineuse en expansion rapide qu’ils ont détaillée a défié leurs attentes.

Les deux étoiles à neutrons, avec une masse combinée d’environ 2,7 fois celle de notre soleil, ont tourné l’une autour de l’autre pendant des milliards d’années avant de se heurter à grande vitesse et d’exploser. Cela s’est déroulé dans une galaxie appelée NGC 4993, à environ 140-150 m d’années-lumière de la Terre en direction de la constellation de l’Hydre. Une année-lumière est la distance parcourue par la lumière en un an, 5,9 tonnes de miles (9,5 tonnes de km).

L’existence d’explosions de kilonova a été proposée en 1974 et confirmée en 2013, mais à quoi elles ressemblaient était inconnue jusqu’à ce que celle-ci soit détectée en 2017 et étudiée de manière intensive.

“C’est une explosion parfaite à plusieurs égards. Il est beau, à la fois esthétiquement, dans la simplicité de sa forme et dans sa signification physique », a déclaré l’astrophysicien Albert Sneppen du Cosmic Dawn Center de Copenhague, auteur principal de la recherche publiée dans la revue Nature.

“Esthétiquement, les couleurs émises par la kilonova ressemblent littéralement à un soleil – sauf, bien sûr, qu’elles sont quelques centaines de millions de fois plus grandes en surface. Physiquement, cette explosion sphérique contient la physique extraordinaire au cœur de cette fusion », a ajouté Sneppen.

Les chercheurs s’attendaient à ce que l’explosion ressemble peut-être à un disque aplati – une colossale crêpe cosmique lumineuse, peut-être avec un jet de matière qui en sortait.

“Pour être honnête, nous revenons vraiment à la planche à dessin avec cela”, a déclaré l’astrophysicien du Cosmic Dawn Center et co-auteur de l’étude, Darach Watson.

“Compte tenu de la nature extrême des conditions physiques – bien plus extrêmes qu’une explosion nucléaire, par exemple, avec des densités supérieures à un noyau atomique, des températures de milliards de degrés et des champs magnétiques suffisamment puissants pour déformer les formes des atomes – il pourrait bien y avoir physique fondamentale ici que nous ne comprenons pas encore », a ajouté Watson.

La kilonova a été étudiée à l’aide du Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral basé au Chili.

Les deux étoiles à neutrons ont commencé leur vie en tant qu’étoiles normales massives dans un système à deux étoiles appelé système binaire. Chacun a explosé et s’est effondré après avoir manqué de carburant, laissant derrière lui un noyau petit et dense d’environ 20 km de diamètre mais contenant plus de masse que le soleil.

Très graduellement, ils se rapprochèrent l’un de l’autre, en orbite à un rythme rapide. Chacun a été étiré et séparé dans les dernières secondes avant la fusion en raison de la puissance du champ gravitationnel de l’autre. Leurs parties internes sont entrées en collision à environ 25 % de la vitesse de la lumière, créant les champs magnétiques les plus intenses de l’univers. L’explosion a libéré la luminosité d’environ un milliard de soleils pendant quelques jours.

Les deux ont brièvement formé une seule étoile à neutrons massive qui s’est ensuite effondrée pour former un trou noir, un objet encore plus dense avec une gravité si féroce que même la lumière ne peut s’échapper.

Les parties extérieures des étoiles à neutrons, quant à elles, étaient étirées en longs serpentins, avec du matériel projeté dans l’espace. Au cours du processus, les densités et les températures étaient si intenses que des éléments lourds ont été forgés, notamment de l’or, du platine, de l’arsenic, de l’uranium et de l’iode.

Les chercheurs ont proposé quelques hypothèses pour expliquer la forme sphérique de l’explosion, notamment l’énergie libérée par l’énorme champ magnétique de l’étoile à neutrons de courte durée ou le rôle de particules énigmatiques appelées neutrinos.

“C’est fondamentalement étonnant et un défi passionnant pour tous les théoriciens et simulations numériques”, a déclaré Sneppen. “Le jeu est en cours.”