Une série de missions de la NASA a probablement mis au jour une collision entre deux étoiles ultradenses dans une minuscule galaxie enfouie dans un immense courant de gaz. Les astronomes n'avaient jamais observé auparavant un tel événement explosif dans un environnement pareil, et cette découverte pourrait contribuer à résoudre deux mystères cosmiques majeurs.
Les étoiles à neutrons sont les noyaux résiduels d'une étoile beaucoup plus massive que le Soleil, qui, après avoir épuisé son combustible, s'effondre sur elle-même puis explose. Elles sont petites (quelques dizaines de kilomètres de diamètre seulement) mais légèrement plus massives que le Soleil, ce qui leur confère une densité extraordinaire. Les astronomes les considèrent comme parmi les objets les plus extrêmes de l'univers.
Ces dernières années, les astronomes ont recueilli des données sur les collisions, ou fusions, de deux étoiles à neutrons au sein de galaxies de taille moyenne ou grande. Cette dernière découverte montre cependant qu'une collision d'étoiles à neutrons peut se produire à l'intérieur d'une minuscule galaxie.
« La découverte d'une collision d'étoiles à neutrons à cet endroit précis change la donne », a déclaré Simone Dichiara de l'Université d'État de Pennsylvanie, qui a dirigé l'étude. « Elle pourrait être la clé pour résoudre non pas une, mais deux questions importantes en astrophysique. »
La première énigme que pourrait expliquer cette collision d'étoiles à neutrons, survenue à un endroit inédit, est le fait que les sursauts gamma (GRB), produits par l'effondrement de deux étoiles à neutrons, n'apparaissent parfois pas au cœur d'une galaxie, voire dans aucune galaxie du tout. Cette découverte pourrait également apporter des réponses quant à la présence d'éléments comme l'or et le platine dans des étoiles situées à grande distance du centre des galaxies.
Cette collision d'étoiles à neutrons se situe de façon inattendue dans une minuscule galaxie, à environ 4,7 milliards d'années-lumière, au sein d'un courant de gaz s'étendant sur quelque 600 000 années-lumière. (À titre de comparaison, notre galaxie, la Voie lactée, mesure environ 100 000 années-lumière de diamètre.) Ce courant s'est probablement formé lors de la collision d'un groupe de galaxies il y a des centaines de millions d'années, arrachant gaz et poussières à ces galaxies et les déposant dans l'espace intergalactique.
« Nous avons découvert une collision au sein d'une autre collision », explique Eleonora Troja, co-auteure de l'étude et chercheuse à l'Université de Rome, en Italie. « La collision de galaxies a déclenché une vague de formation d'étoiles qui, sur des centaines de millions d'années, a conduit à la naissance et à la collision finale de ces étoiles à neutrons. »
Pour découvrir l'événement baptisé GRB 230906A , qui s'est produit le 6 septembre 2023, les astronomes ont eu besoin de plusieurs télescopes de la NASA, dont l'observatoire de rayons X Chandra, le télescope spatial à rayons gamma Fermi, l'observatoire Neil Gehrels Swift et le télescope spatial Hubble.
Fermi a découvert la collision d'étoiles à neutrons en détectant le signal caractéristique d'une explosion de sursaut gamma (GRB). Après avoir utilisé le Réseau interplanétaire pour déterminer une première localisation de la source Fermi, les astronomes ont eu besoin de la précision des télescopes Chandra, Swift et Hubble pour localiser plus précisément l'objet. Les missions de la NASA font partie d'un réseau mondial en pleine expansion qui surveille ces changements afin de percer les mystères du fonctionnement de l'Univers.
« La localisation ultra-précise des rayons X par Chandra a rendu cette étude possible », explique Brendan O'Connor, co-auteur de l'étude et chercheur postdoctoral McWilliams à l'Université Carnegie Mellon. « Sans elle, nous n'aurions pas pu associer l'explosion à une source précise. Et une fois que Chandra nous a indiqué exactement où chercher, l'extraordinaire sensibilité de Hubble a révélé la minuscule galaxie, extrêmement faible, à cet endroit. Nous n'avons pu faire cette découverte qu'après avoir rassemblé toutes les pièces du puzzle. »
Cette découverte pourrait expliquer pourquoi certains sursauts gamma ne semblent pas avoir de galaxie hôte. Ce résultat implique que certaines galaxies hôtes sont trop petites et trop faibles pour être visibles sur la plupart des images optiques prises depuis des observatoires terrestres.
La position inhabituelle de GRB 230906A pourrait également expliquer comment les astronomes ont détecté des éléments comme l'or et le platine dans des étoiles situées à des distances relativement importantes des galaxies. On s'attend généralement à ce que ces étoiles soient plus âgées et se soient formées à partir de gaz qui a eu moins de temps pour s'enrichir en éléments lourds lors d'explosions de supernova.
Par une chaîne de réactions nucléaires, une collision entre deux étoiles à neutrons peut produire des éléments lourds comme l'or et le platine, ce que les astronomes ont observé lors d'une collision bien documentée en 2017. Des événements comme GRB 230906A pourraient générer des éléments comme ceux-ci et les répandre dans les confins des galaxies, pour finalement apparaître dans les futures générations d'étoiles.
Une autre explication possible de l'explosion est qu'elle proviendrait d'une galaxie beaucoup plus lointaine, située derrière le groupe de galaxies. L'équipe considère toutefois cette explication moins probable que celle de la minuscule galaxie.
Détails de la publication : S. Dichiara et al., Une fusion au sein d'une fusion : Chandra repère le sursaut gamma court GRB 230906A dans un environnement particulier, arXiv (2025). DOI : 10.48550/arxiv.2510.15867
Édité par Gaby Clark, critique de Robert Egan
Fourni par la NASA
