Les observations radio confirment le jet de matière ultra-rapide de la fusion d'étoiles à neutrons

Anonim

Une mesure précise à l’aide d’une collection de radiotélescopes de la National Science Foundation (NSF) à l’échelle du continent a révélé qu’un jet étroit de particules se déplaçant presque à la vitesse de la lumière se propageait dans l’espace interstellaire après la fusion de 130 millions de -ans ans de la terre. La fusion, intervenue en août 2017, a provoqué des vagues gravitationnelles dans l'espace. C'était le premier événement à être détecté à la fois par les ondes gravitationnelles et les ondes électromagnétiques, y compris les rayons gamma, les rayons X, la lumière visible et les ondes radio.

Les conséquences de la fusion, appelée GW170817, ont été observées par des télescopes en orbite et au sol dans le monde entier. Les scientifiques ont observé que les caractéristiques des ondes reçues changeaient avec le temps et ont utilisé les changements comme indices pour révéler la nature des phénomènes qui ont suivi la fusion.

Une question qui a émergé, même des mois après la fusion, était de savoir si l’événement avait produit ou non un jet de matière étroit et rapide qui pénétrait dans l’espace interstellaire. C'était important, car de tels jets sont nécessaires pour produire le type de sursauts gamma que les théoriciens auraient dû provoquer en raison de la fusion de paires d'étoiles à neutrons.

La réponse est venue lorsque les astronomes ont utilisé une combinaison du très long réseau de base de la NSF (VLBA), du très grand réseau Karl G. Jansky (VLA) et du télescope de la Green Bank de Robert C. Byrd. les émissions de la fusion avaient bougé et la motion était si rapide que seul un jet pouvait expliquer sa vitesse.

"Nous avons mesuré un mouvement apparent quatre fois plus rapide que la lumière. Cette illusion, appelée mouvement superluminal, se produit lorsque le jet pointe presque vers la Terre et que le matériau du jet se rapproche de la vitesse de la lumière", a déclaré Kunal Mooley, de l'Observatoire National de Radio Astronomie (NRAO) et Caltech.

Les astronomes ont observé l'objet 75 jours après la fusion, puis 230 jours après.

"Sur la base de notre analyse, ce jet est probablement très étroit, au maximum 5 degrés de large, et a été orienté à seulement 20 degrés de la Terre", a déclaré Adam Deller, de l’université de technologie de Swinburne. "Mais pour correspondre à nos observations, le matériau dans le jet doit aussi exploser à plus de 97% de la vitesse de la lumière." il ajouta.

Le scénario qui a émergé est que la fusion initiale des deux étoiles à neutrons superdenses a provoqué une explosion qui a propulsé une coque sphérique de débris vers l’extérieur. Les étoiles à neutrons se sont effondrées dans un trou noir dont la puissante gravité a commencé à tirer le matériau vers elle. Ce matériau formait un disque à rotation rapide qui générait une paire de jets sortant de ses pôles.

À mesure que l'événement se déroulait, la question devenait de savoir si les jets sortiraient de la coque des débris de l'explosion d'origine. Les données provenant des observations ont indiqué qu’un jet avait interagi avec les débris, formant un large "cocon" de matière s’étendant vers l’extérieur. Un tel cocon se dilaterait plus lentement qu'un jet.

"Notre interprétation est que le cocon a dominé l'émission radio jusqu'à environ 60 jours après la fusion, et plus tard l'émission a été dominée par les jets", a déclaré Ore Gottlieb, de l'université de Tel Aviv, un théoricien de premier plan.

"Nous avons eu la chance de pouvoir observer cet événement, car si le jet avait été dirigé beaucoup plus loin de la Terre, l’émission radio aurait été trop faible pour que nous puissions la détecter", a déclaré Gregg Hallinan, de Caltech.

La détection d'un jet rapide dans GW170817 renforce considérablement la connexion entre les fusions d'étoiles à neutrons et les sursauts de rayons gamma de courte durée, selon les scientifiques. Ils ont ajouté que les jets doivent être orientés relativement près de la Terre pour que le sursaut gamma soit détecté.

"Notre étude démontre que la combinaison des observations du VLBA, du VLA et du GBT est un moyen puissant d’étudier les jets et la physique associés aux ondes gravitationnelles", a déclaré Mooley.

"L'événement de fusion était important pour un certain nombre de raisons et continue de surprendre les astronomes avec plus d'informations", a déclaré Joe Pesce, directeur du programme NSF pour la NRAO. "Les jets sont des phénomènes énigmatiques observés dans de nombreux environnements, et maintenant, ces observations exquises dans la partie radio du spectre électromagnétique fournissent un aperçu fascinant de ces observations, nous aidant à comprendre leur fonctionnement."

Mooley et ses collègues ont rapporté leurs conclusions dans la version en ligne du 5 septembre de la revue Nature.

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