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Les réflexes rapides de l'Observatoire capturent un flash éphémère

Les réflexes rapides du Gemini Observatory capturent un flash éphémère

La rémanence du GRB181123B, capturée par le télescope Gemini North. La rémanence est marquée d'un cercle. Crédit: Observatoire international des Gémeaux / NOIRLab / NSF / AURA / K. Paterson & W. Fong (Northwestern University) / Traitement d'image: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de Martin

Le suivi rapide de la rémanence optique de l'une des salves de rayons gamma confirmées les plus éloignées (SGRB), considérée comme la fusion de deux étoiles à neutrons, jette une lumière nouvelle sur ces objets énigmatiques. Les observations, faites par l'Observatoire international des Gémeaux, un programme du NOIRLab de la NSF, ont confirmé la distance de l'objet et l'ont placé carrément à l'époque du midi cosmique, quand l'Univers était dans son "adolescence" et formait rapidement des étoiles. L'apparition d'un SGRB si tôt dans l'histoire de l'Univers pourrait modifier les théories sur leur origine, en particulier le temps qu'il faut à deux étoiles à neutrons pour fusionner pour produire ces événements puissants. Les SGRB localisés avec précision sont rares, en général seulement 7 à 8 sont détectés par an, et c'est le SGRB à haute confiance le plus éloigné avec une détection optique de rémanence.


Les chercheurs ont utilisé le télescope Gemini North de 8,1 mètres pour mesurer la rémanence optique de l'une des plus courtes rafales de rayons gamma (SGRB) les plus éloignées jamais étudiées. Pensés comme résultant de la fusion de deux étoiles à neutrons, les SGRB sont des événements cataclysmiques qui sont presque insondables en termes de leurs propriétés de base, émettant d'énormes quantités d'énergie en environ une seconde. Les observations des Gémeaux d'un nouveau SGRB éloigné suggèrent maintenant que ce processus pourrait se produire étonnamment rapidement pour certains systèmes – avec des systèmes d'étoiles binaires massifs survivant aux explosions de supernovaes pour devenir des binaires d'étoiles à neutrons, et les binaires en spirale alors ensemble en moins d'un milliard d'années pour créer un SGRB. La recherche sera publiée dans he Lettres du journal astrophysique.

Cet objet, nommé GRB181123B parce qu'il s'agissait de la deuxième rafale découverte le 23 novembre 2018 – nuit de Thanksgiving – a été initialement détecté par l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA. Lorsque l'alerte d'un événement du satellite Swift a été diffusée dans le monde entier, plusieurs télescopes ont formé leur vue à ce sujet. En quelques heures, une équipe de la Northwestern University a utilisé le spectrographe multi-objets Gemini (GMOS), qui est également un imageur, sur le télescope Gemini North sur Maunakea à Hawai'i pour enregistrer la très faible rémanence de l'objet.

"Nous avons profité des capacités de réponse rapide uniques et de la sensibilité exquise de Gemini North et de son imageur GMOS pour obtenir des observations approfondies de l'éclatement quelques heures seulement après sa découverte", a déclaré Kerry Paterson du Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics (CIERA ) à Northwestern University, États-Unis, qui dirigeait l'équipe de recherche. "Les images Gemini étaient très nettes et nous ont permis de localiser l'emplacement d'une galaxie spécifique."

Les réflexes rapides du Gemini Observatory capturent un flash éphémère

L'impression d'un artiste sur la façon dont le GRB11823B se compare à d'autres courtes rafales de rayons gamma. Il s'agit du deuxième sursaut gamma court le plus éloigné à avoir été détecté et le plus éloigné à avoir capté sa rémanence optique – grâce au temps de réponse rapide du télescope Gemini North. Sauf lorsqu'ils sont détectés par des observatoires d'ondes gravitationnelles, les sursauts gamma ne peuvent être détectés depuis la Terre que lorsque leurs jets d'énergie sont dirigés vers nous. Crédit: Observatoire international des Gémeaux / NOIRLab / NSF / AURA / J. Pollard / K. Paterson & W. Fong (Northwestern University) / Traitement d'image: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de Martin

"Il s'agit d'un merveilleux exemple d'astronomie dans le domaine temporel, impliquant un suivi extrêmement rapide d'un événement en évolution rapide", a déclaré Hans Krimm de la US National Science Foundation. "La réponse rapide des Gémeaux était essentielle pour attraper cet événement rapidement, et les données optiques et infrarouges ajoutent à l'excitation de l'astronomie multis messagers – où les observations de la lumière, des ondes gravitationnelles, des neutrinos et des rayons cosmiques se réunissent pour raconter une histoire fascinante."

Parallèlement aux observations Gemini, l'équipe a effectué des observations de suivi à l'aide de l'observatoire W. M. Keck à Hawai'i et du télescope à miroirs multiples (MMT), situé à l'observatoire Fred Lawrence Whipple sur le mont Hopkins en Arizona. Les chercheurs ont ensuite utilisé la caméra infrarouge et le spectrographe Gemini South, FLAMINGOS-2, au Chili pour obtenir un spectre de la galaxie hôte afin de déterminer la distance du SGRB. L'objet a été trouvé à environ 10 milliards d'années-lumière, ce qui en fait le deuxième SGRB confirmé le plus éloigné et le SGRB à haute confiance le plus éloigné avec une détection optique de rémanence. Comparés aux détections d'ondes gravitationnelles provenant de la fusion d'étoiles à neutrons dans l'Univers très proche, les SGRB sont des analogues éloignés.

"L'identification de certains motifs dans le spectre, ainsi que les couleurs de la galaxie des trois observatoires, nous ont permis de contraindre précisément la distance et de la solidifier comme l'un des SGRB les plus éloignés à ce jour en 16 ans d'opérations Swift", a déclaré Paterson.

Un suivi rapide de la découverte d'éclatement de Swift était essentiel. De nombreux SGRB ne peuvent pas être observés avec un télescope à temps pour capter la lumière optique. La lumière de la rémanence s'estompe rapidement et un grand télescope sensible peut prendre un temps correspondant pour interrompre son plan d'observation normal et se déplacer vers la nouvelle cible pour commencer ses observations de suivi.

Lumière d'un éclat puissant capturé par l'Observatoire des Gémeaux Crédit: Observatoire international des Gémeaux / NOIRLab / NSF / AURA / J. Pollard / K. Paterson & W. Fong (Northwestern University), NAOJ / NASD's Goddard Space Flight Center / CI Lab, ESO / M. Kornmesser / Traitement d'images: Travis Rector (University of Alaska Anchorage), Mahdi Zamani & Davide de MartinMusique: Stellardrone — Airglow.

Une fois la détection optique du SGRB effectuée avec Gemini et sa galaxie hôte identifiée, l'équipe a pu déterminer les propriétés clés de la population stellaire parente au sein de la galaxie qui a produit le SGRB.

"L'exécution de la" criminalistique "pour comprendre l'environnement local des SGRB et à quoi ressemblent leurs galaxies d'origine peut nous en dire beaucoup sur la physique sous-jacente de ces systèmes, comme la façon dont les progéniteurs SGRB se forment et combien de temps il leur faut pour fusionner", a déclaré Wen-fai Fong de Northwestern University et co-auteur de l'étude. "Nous ne nous attendions certainement pas à découvrir un SGRB extrêmement éloigné, car ils sont très rares et faibles, mais nous avons été agréablement surpris! Cela nous motive à aller après tout ce que nous pouvons."

La majorité des 43 SGRB à haute confiance utilisés dans l'étude qui ont eu leurs distances mesurées à ce jour ont été trouvés plus près de chez eux. Les SGRB éloignés offrent une façon unique d'étudier les mêmes types d'événements lorsque l'Univers était beaucoup plus jeune – une période occupée dans l'Univers où les étoiles se formaient rapidement et les galaxies se développaient rapidement. L'ajout d'un autre SGRB très éloigné à la population pourrait changer la compréhension des astronomes de ces événements – en particulier, combien de temps il faut pour fusionner deux étoiles à neutrons et le taux de fusions d'étoiles à neutrons pendant cette époque de l'histoire de l'Univers. "Trouver un SGRB si tôt dans l'histoire de l'Univers suggère qu'au moins certaines paires d'étoiles à neutrons pourraient avoir besoin de se réunir relativement rapidement", selon Fong.

<< Avec les ressources télescopiques appropriées et des installations de suivi dédiées, telles que l'observatoire Gemini, nous pouvons ouvrir une nouvelle ère de découverte de SGRB distants, motivant de nouvelles études de suivi des événements passés et un suivi tout aussi intense des événements futurs, ", a déclaré Paterson.


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Plus d'information:
K. Paterson et al. Découverte de la rémanence optique et de la galaxie hôte du GRB181123B court à z = 1,754: Implications pour les distributions de temps de retard arXiv: 2007.03715. arxiv.org/abs/2007.03715

Fourni par
Association des universités pour la recherche en astronomie (AURA)

Citation:
Les réflexes rapides de l'Observatoire capturent un flash éphémère (2020, 14 juillet)
récupéré le 14 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-observatory-quick-reflexes-capture-fleeting.html

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