Les astronomes ont été témoins de la collision de deux étoiles à neutrons qui ont produit le plus petit trou noir jamais découvert et créé des éléments précieux. (OS SALAFIA, G. GHIRLANDA, CXC/NASA, GSFC, B. WILLIAMS ET AL)
Les astronomes ont été témoins d’une puissante collision entre deux étoiles à neutrons. La collision a donné naissance au plus petit trou noir jamais découvert et a créé des métaux précieux, tels que l’or, l’argent et l’uranium.
Cette équipe de scientifiques a réussi à enregistrer le moment puissant de la collision, qui s’est produite à 130 millions d’années-lumière de la Terre, dans la galaxie NGC 4993. Cette image a été prise à l’aide de divers instruments, dont le télescope spatial Hubble, et devrait fournir une image de “le passé, le présent et le futur” de ces fusions extrêmement denses d’étoiles mortes. Cette découverte pourrait également révéler l’origine d’éléments plus lourds que le fer, qui ne peuvent pas se former même dans les étoiles géantes.
Les collisions et les fusions d’étoiles à neutrons produisent de puissants éclats de lumière appelés « kilonovas ». Alors que les restes de cet événement se propageaient presque aussi vite que la lumière, la kilonova a éclairé ses environs avec une lumière aussi brillante que des centaines de millions de soleils.
Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques du Cosmic DAWN Center de l’Institut Neils Bohr est parvenue à une nouvelle image des fusions d’étoiles à neutrons alors qu’elle enquêtait sur le mystère de la kilonova.
“Nous pouvons maintenant voir le moment où les noyaux atomiques et les électrons se réunissent dans la lumière qui reste”, a déclaré Rasmus Damgaard, chercheur au Cosmic DAWN Center, dans un communiqué. “Pour la première fois, nous pouvons observer la création d’atomes, mesurer la température de la matière et observer la microphysique de ces explosions lointaines.”
“C’est comme admirer le rayonnement cosmique qui nous entoure de tous côtés, mais ici, nous voyons tout de l’extérieur. Nous pouvons voir avant, pendant et après la naissance de l’atome.”
L’or de vos bijoux provient de l’événement le plus puissant de l’univers. Les étoiles à neutrons se forment lorsqu’une étoile au moins 8 fois plus massive que le soleil manque de combustible pour la fusion nucléaire et n’est plus capable de résister à sa propre gravité.
Les couches externes de ces étoiles s’effondrent lors d’une explosion de supernova, laissant un noyau d’une masse équivalente à 1 à 2 soleils comprimé sur un diamètre d’environ 20 kilomètres.
La destruction du noyau force les électrons et les protons à se combiner, créant ainsi une mer de particules appelées neutrons. Ce matériau est si dense qu’un seul cube de sucre provenant d’une étoile à neutrons pèserait 1 milliard de tonnes s’il était amené sur Terre, l’équivalent de 150 millions d’éléphants dans un cube de sucre.
Il n’est pas surprenant que ce matériau extrême et exotique ait joué un rôle important dans la création d’éléments plus lourds que le fer.
Les étoiles à neutrons ne vivent pas toujours seules. Certaines de ces étoiles mortes occupent des systèmes binaires avec leurs étoiles compagnes vivantes. Dans de rares cas, la paire d’étoiles est également suffisamment massive pour créer une étoile à neutrons et n’est pas « projetée » par l’explosion de supernova qui a créé la première étoile à neutrons.
Le résultat est un système composé de deux étoiles à neutrons en orbite l’une autour de l’autre. Ces objets sont si denses que lorsqu’ils tournent les uns autour des autres, ils produisent des ondulations dans l’espace-temps (l’union quadridimensionnelle de l’espace et du temps) appelées ondes gravitationnelles qui se propagent dans l’espace en transportant un moment cinétique.
À mesure que le moment cinétique est perdu, l’orbite de l’étoile à neutrons devient plus dense, rapprochant les deux étoiles à neutrons. Cela rend les ondes gravitationnelles plus fortes et plus rapides, transportant plus de moment cinétique.
Cette situation prend fin lorsque les étoiles à neutrons se rapprochent suffisamment pour que leur immense gravité s’attire l’une sur l’autre et provoque la collision et la fusion des deux étoiles mortes.
Cette collision a éjecté une matière riche en neutrons avec une température de plusieurs milliards de degrés, des milliers de fois plus chaude que le soleil. Cette température est très élevée, semblable à la température de l’univers en expansion rapide une seconde après le Big Bang.
Les particules éjectées telles que les électrons et les neutrons tourbillonnent autour des objets produits par ces collisions d’étoiles à neutrons, qui s’effondrent ensuite rapidement pour former des trous noirs dans un nuage de plasma qui se refroidit au cours des jours suivants.
Les atomes de ce nuage de plasma refroidissant capturent rapidement les neutrons libres grâce au processus de capture rapide des neutrons (processus r) et capturent également les électrons libres. Cela crée des particules très lourdes mais instables qui se désintègrent rapidement. Cette désintégration produit de la lumière que les astronomes considèrent comme des kilonovae, tout en créant des éléments plus légers mais néanmoins plus lourds que le fer, comme l’or, l’argent et l’uranium.
L’équipe a examiné la rémanence des particules capturées pour former des éléments lourds tels que le strontium et l’yttrium, arguant que d’autres éléments lourds devaient également s’être formés à la suite de ces collisions d’étoiles à neutrons.
“La matière se dilate et croît si rapidement qu’il faut des heures à la lumière pour traverser l’explosion”, a déclaré Kasper Heintz, membre de l’équipe et chercheur à l’Institut Niels Bohr. «C’est pourquoi, rien qu’en observant le bord éloigné de la boule de feu, nous pouvons voir plus loin dans l’histoire de l’explosion.» Près de nous, les électrons ont fusionné avec les noyaux atomiques, mais de l’autre côté, de l’autre côté du trou noir nouveau-né, le « présent » est toujours le futur. »
Les résultats de l’équipe n’auraient pas été possibles sans la collaboration des télescopes du monde entier et de l’espace.
“Cette explosion astrophysique augmente rapidement d’heure en heure, de sorte qu’aucun télescope ne peut suivre toute l’histoire. La vision du télescope sur cet événement est gênée par la rotation de la Terre”, a déclaré Albert, chef d’équipe et chercheur à l’Institut Neils Bohr. Sneppen, dans la déclaration .
“Cependant, en combinant les mesures existantes d’Australie, d’Afrique du Sud et du télescope spatial Hubble, nous pouvons suivre le développement de cet événement de manière très détaillée.” (Espace/Z-3)
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