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Une courte rafale de rayons gamma laisse la rémanence optique la plus éloignée jamais détectée

Une courte rafale de rayons gamma laisse la rémanence optique la plus éloignée jamais détectée

La rémanence du GRB181123B, capturée par le télescope Gemini North, marquée d'un cercle. Crédit: Northwestern University

Plus un objet est éloigné dans l'univers, plus il apparaît à travers la lentille d'un télescope.


Ainsi, lorsqu'une équipe d'astrophysiciens dirigée par la Northwestern University a détecté la rémanence d'un court éclat de rayons gamma (SGRB) situé à 10 milliards d'années-lumière de distance, elle a été choquée. Les rémanences, après tout, sont déjà des signaux incroyablement faibles et rapides, parfois qui ne durent que quelques heures.

Connu sous le nom de SGRB181123B, l'éclatement s'est produit seulement 3,8 milliards d'années après le Big Bang. Il s'agit du deuxième SGRB bien établi le plus éloigné jamais détecté et l'événement le plus éloigné avec une rémanence optique.

"Nous ne nous attendions certainement pas à découvrir un SGRB distant, car ils sont extrêmement rares et très faibles", a déclaré Wen-fai Fong de Northwestern, auteur principal de l'étude. "Nous effectuons de la" criminalistique "avec des télescopes pour comprendre son environnement local, car ce à quoi ressemble sa galaxie d'origine peut nous en dire beaucoup sur la physique sous-jacente de ces systèmes."

Kerry Paterson, le premier auteur de l'étude, a déclaré: "Nous pensons que nous découvrons la pointe de l'iceberg en termes de SGRB distants. Cela nous motive à étudier plus en détail les événements passés et à examiner attentivement ceux à venir."

L'étude sera publiée dans Lettres du journal astrophysique.

Fong est professeur adjoint de physique et d'astronomie au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern et membre du CIERA (Center for Interdisciplinary Exploration and Research in Astrophysics). Paterson est associée postdoctorale au CIERA.

Certaines des explosions les plus énergétiques et les plus brillantes de l'univers, les SGRB se produisent très probablement lorsque deux étoiles à neutrons fusionnent. Cette fusion provoque une explosion de courte durée de rayons gamma, qui est la forme de lumière la plus énergétique. Les astronomes ne détectent généralement que sept ou huit SGRB chaque année suffisamment bien localisés pour de nouvelles observations. Et parce que leurs rémanences durent généralement, au plus, quelques heures avant de disparaître dans l'oubli, elles s'attardent rarement assez longtemps pour que les astronomes puissent y regarder de près.

Mais avec SGRB181123B, les astronomes ont eu de la chance. L'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA a détecté l'événement pour la première fois la nuit de Thanksgiving en 2018. En quelques heures, l'équipe du Nord-Ouest a accédé à distance à l'observatoire international Gemini, à l'aide du télescope Gemini-North, situé au sommet du Mauna Kea à Hawaï. À l'aide de ce télescope de 8,1 mètres, les chercheurs ont mesuré la rémanence optique du SGRB181123B.

Avec des observations de suivi utilisant Gemini-South au Chili, MMT en Arizona et Keck à Hawaï, l'équipe a réalisé que SGRB181123B était peut-être plus éloigné que la plupart.

"Nous avons pu obtenir des observations approfondies de l'éclatement quelques heures seulement après sa découverte", a déclaré Paterson. "Les images des Gémeaux étaient très nettes, ce qui nous a permis de localiser l'emplacement d'une galaxie spécifique dans l'univers."

Fong a ajouté: "Avec les SGRB, vous ne détecterez rien si vous arrivez trop tard. Mais de temps en temps, si vous réagissez assez rapidement, vous atterrirez sur une très belle détection comme celle-ci."

Un aperçu d'un midi cosmique

Pour découvrir la distance du SGRB à la Terre, l'équipe a ensuite accédé à un spectrographe proche infrarouge sur Gemini-South, qui peut sonder des longueurs d'onde plus rouges. En prenant un spectre de la galaxie hôte, les chercheurs ont réalisé qu'ils avaient découvert par hasard un SGRB distant.

Après avoir identifié la galaxie hôte et calculé la distance, Fong, Paterson et leur équipe ont pu déterminer les propriétés clés des populations stellaires parentes au sein de la galaxie qui ont produit l'événement. Parce que SGRB181123B est apparu alors que l'univers n'avait que 30% environ de son âge actuel – à une époque connue sous le nom de «midi cosmique élevé» – il a offert une occasion rare d'étudier les fusions d'étoiles à neutrons à partir du moment où l'univers était un «adolescent».

Lorsque SGRB181123B s'est produit, l'univers était incroyablement occupé, avec des étoiles se formant rapidement et des galaxies à croissance rapide. Les étoiles binaires massives ont besoin de temps pour naître, évoluer et mourir, pour finalement se transformer en une paire d'étoiles à neutrons qui finiront par fusionner.

"On ne sait pas depuis combien de temps les étoiles à neutrons – en particulier celles qui produisent des SGRB – mettent à fusionner", a déclaré Fong. "La découverte d'un SGRB à ce stade de l'histoire de l'univers suggère que, à un moment où l'univers formait beaucoup d'étoiles, la paire d'étoiles à neutrons a peut-être fusionné assez rapidement."


Les réflexes rapides de l'Observatoire capturent un flash éphémère


Plus d'information:
Paterson et al., Découverte de la rémanence optique et de la galaxie hôte du GRB court 181123B à z = 1,754: Implications for Delay Time Distributions. 2007.03715v1 (astro-ph.HE). arxiv.org/abs/2007.03715

Fourni par
Université du nord-ouest

Citation:
Un court éclat gamma laisse la rémanence optique la plus éloignée jamais détectée (2020, 15 juillet)
récupéré le 16 juillet 2020
depuis https://phys.org/news/2020-07-short-gamma-ray-most-distant-optical.html

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