En 1967, les scientifiques de la NASA ont remarqué quelque chose qu'ils n'avaient jamais vu avant de venir de l'espace lointain. Dans ce qui est devenu connu sous le nom d '«incident Vela», plusieurs satellites ont enregistré un sursaut gamma (GRB) qui était si brillant qu'il a brièvement éclipsé toute la galaxie. Compte tenu de leur puissance impressionnante et de la nature éphémère, les astronomes étaient impatients de déterminer comment et pourquoi ces explosions ont lieu.
Des décennies d'observation ont permis de conclure que ces explosions se produisent lorsqu'une étoile massive se transforme en supernova, mais les astronomes ne savent toujours pas pourquoi cela s'est produit dans certains cas et pas dans d'autres. Grâce aux nouvelles recherches d'une équipe de l'Université de Warwick, il semble que la clé de la production de GRB réside dans les systèmes d'étoiles binaires - c'est-à-dire qu'une étoile a besoin d'un compagnon pour produire l'explosion la plus brillante de l'Univers.
L'équipe de recherche responsable de la découverte était dirigée par Ashley Chrimes - un doctorat. étudiant au Département de physique de l'Université de Warwick. Dans le cadre de leur étude, l'équipe a abordé le mystère central des GRB de longue durée, à savoir comment les étoiles peuvent être tournées assez rapidement pour générer le type d'explosions qui ont été observées.
Pour le dire succinctement, les GRB se produisent lorsque des étoiles massives (environ dix fois la taille de notre Soleil) se transforment en supernova et s'effondrent dans une étoile à neutrons ou un trou noir. Au cours de ce processus, les couches externes de l'étoile sont soufflées et le matériau éjecté s'aplatit en un disque autour du reste nouvellement formé pour conserver l'élan angulaire. Au fur et à mesure que ce matériau tombe vers l'intérieur, cet élan le lance sous la forme de jets émanant des pôles.
Celles-ci sont connues sous le nom de «jets relativistes» en raison de la façon dont le matériau est accéléré pour réduire la vitesse de la lumière. Bien que les GRB soient les événements les plus brillants de l'Univers, ils ne sont observables depuis la Terre que lorsque l'un de leurs axes polaires est dirigé directement vers nous - ce qui signifie que les astronomes ne peuvent en voir qu'environ 10 à 20% d'entre eux. Ils sont également très brefs en ce qui concerne les phénomènes astronomiques, d'une durée allant d'une fraction de seconde à plusieurs minutes.
De plus, une étoile doit tourner extrêmement vite pour lancer du matériel le long de ses axes polaires à une vitesse proche de la vitesse de la lumière. Cela représente une énigme pour les astronomes car les étoiles perdent généralement tout spin qu'elles acquièrent très rapidement. Pour répondre à ces questions non résolues, l'équipe s'est appuyée sur une collection de modèles d'évolution stellaire pour examiner le comportement des étoiles massives lors de leur effondrement.
Ces modèles ont été créés par le Dr Jan J. Eldridge de l'Université d'Auckland, Nouvelle-Zélande, avec l'aide de chercheurs de l'Université de Warwick. Combiné avec une technique connue sous le nom de synthèse de population binaire, les scientifiques ont simulé une population de milliers de systèmes stellaires pour identifier le mécanisme par lequel les explosions rares qui produisent des GRB peuvent se produire.
À partir de cela, les chercheurs ont pu limiter les facteurs qui provoquent la formation de jets relativistes à partir de certaines étoiles qui s'effondrent. Ils ont découvert que les effets des marées, similaires à ceux qui se produisent entre la Terre et la Lune, étaient la seule explication probable. En d'autres termes, les GRB de longue durée se produisent dans les systèmes d'étoiles binaires où les étoiles sont verrouillées ensemble dans leur rotation, créant un puissant effet de marée qui accélère leur rotation.
Comme Chrimes l'a expliqué dans un récent communiqué de presse de Warwick:
"Nous prédisons quel type d'étoiles ou de systèmes produisent des sursauts gamma, qui sont les plus grandes explosions de l'Univers. Jusqu'à présent, il n'était pas clair de quel type d'étoiles ou de systèmes binaires vous avez besoin pour produire ce résultat.
“La question a été de savoir comment une étoile commence à tourner ou maintient sa rotation au fil du temps. Nous avons constaté que l'effet des marées d'une étoile sur son partenaire l'empêche de ralentir et, dans certains cas, elle la fait tourner. Ils volent de l'énergie de rotation à leur compagnon, ce qui a pour conséquence de s'éloigner plus loin.
“Ce que nous avons déterminé, c'est que la majorité des étoiles tournent rapidement précisément parce qu'elles sont dans un système binaire. "
Comme le Dr Elizabeth Stanway - chercheuse au Département de physique de l'Université de Warwick et co-auteur de l'étude - l'a souligné, l'évolution binaire n'est pas nouvelle pour les astronomes. Cependant, les types de calculs effectués par Chrimes et ses collègues n'ont jamais été effectués auparavant en raison des calculs compliqués impliqués. Par conséquent, cette étude est la première à considérer les mécanismes physiques à l'œuvre dans les modèles binaires.
"Il y a également eu un gros dilemme concernant la métallicité des étoiles qui produisent des sursauts gamma", a-t-elle déclaré. «En tant qu'astronomes, nous mesurons la composition des étoiles et la voie dominante pour les sursauts gamma nécessite très peu d'atomes de fer ou d'autres éléments lourds dans l'atmosphère stellaire. Il y a eu un casse-tête sur la raison pour laquelle nous voyons une variété de compositions dans les étoiles produisant des sursauts gamma, et ce modèle offre une explication. "
Grâce à cette dernière étude et au modèle résultant qu'elle fournit sur l'évolution binaire, les astronomes pourront prédire à quoi devraient ressembler les étoiles produisant du GRB en termes de température, de luminosité et de propriétés de leur étoile compagnon. En regardant vers l'avenir, Chimes et ses collègues espèrent explorer et modéliser des phénomènes transitoires qui restent un mystère pour les astronomes.
Il s'agit notamment de Fast Radio Bursts (FRB) et de leurs causes (en particulier la variété répétitive) ou d'événements encore plus rares comme la transformation des étoiles en trous noirs. L’étude qui décrit leurs conclusions a été publiée dans le numéro de janvier du Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et a été financé par le Science and Technology Facilities Council de UK Research and Innovation.
