Une brève et intense décharge d'énergie, détectée récemment, semble provenir des débris de galaxies en collision, selon une équipe internationale d'astronomes dirigée par des scientifiques de Penn State. Ce sursaut, baptisé GRB 230906A, a probablement été provoqué par la collision de deux étoiles à neutrons il y a des centaines de millions d'années et apporte aujourd'hui un éclairage nouveau sur la formation de certains des éléments les plus lourds de l'Univers.
Une étrange explosion venue de l'espace profond
Le signal, détecté pour la première fois par le satellite Fermi de la NASA en septembre 2023, appartenait à une classe particulière de sursauts gamma courts, des explosions si puissantes qu'elles éclipsent brièvement des galaxies entières.
Ces explosions se produisent lorsque deux étoiles à neutrons — vestiges d'étoiles massives — s'enroulent en spirale et entrent en collision, libérant un flot d'énergie et forgeant des éléments lourds comme l'or et le platine, explique Simone Dichiara, professeure adjointe de recherche en astronomie et astrophysique à Penn State et auteure principale d'un article sur cette découverte publié dans The Astrophysical Journal Letters.
Localiser le foyer cosmique de l'explosion
Grâce aux télescopes spatiaux Chandra et Hubble de la NASA, les chercheurs ont localisé l'éruption dans une galaxie peu lumineuse qui semble appartenir à un groupe de galaxies plus vaste, situé à environ 8,5 milliards d'années-lumière. Ce groupe est en pleine fusion cosmique : des galaxies entrent en collision et interagissent, stimulant la formation d'étoiles.
L'explosion s'est produite dans le champ de débris issu de cette collision galactique, un long et fin filament d'étoiles et de gaz s'étendant à travers l'espace. Lorsque des galaxies interagissent, leur gravité s'exerce une attraction si forte l'une sur l'autre que la matière, comme les étoiles, la poussière et le gaz, est étirée dans l'espace, formant une structure en forme de queue que les scientifiques appellent « queue de marée ».
« Cela pourrait indiquer que l'interaction de marée entre les galaxies peut déclencher la formation d'étoiles et que deux étoiles à neutrons issues de ces nouvelles étoiles peuvent finir par fusionner, provoquant ainsi ces grandes explosions et émissions énergétiques que nous observons », a déclaré Dichiara.
Comment la violence cosmique forge les éléments
Il a ajouté que de telles explosions, également appelées fusions d'étoiles binaires compactes , génèrent des émissions de kilonova : des halos lumineux brillants qui constituent l'un des principaux sites de production d'éléments lourds dans l'univers.
« Cela pourrait fournir une explication naturelle à la raison pour laquelle nous observons un taux de production accru d'éléments lourds dans le halo des galaxies en interaction », a-t-il déclaré.
L'équipe soupçonne que les étoiles à neutrons entrées en collision se sont formées lors d'une vague de formation stellaire déclenchée par la fusion galactique il y a environ 700 millions d'années. Leur collision a non seulement produit le puissant sursaut gamma détecté par les chercheurs, mais a également dispersé des éléments lourds nouvellement formés dans l'espace environnant.
Relier les explosions lointaines à nos origines
« Nous avons eu un aperçu rare de la façon dont la destruction peut être un catalyseur de création », a déclaré Jane Charlton, professeure d'astronomie et d'astrophysique à Penn State et co-auteure de l'article.
« L’or que nous avons sur Terre a été produit lors d’un événement explosif de cette nature. Les éléments lourds présents dans notre corps, comme le fer par exemple, proviennent d’environ 10 000 étoiles qui vivaient dans notre galaxie et qui sont mortes. Il a fallu des milliards d’années, mais ce fer a persisté sur Terre et, au fur et à mesure que nos corps se sont formés et ont évolué, ils ont utilisé ce matériau. »
Charlton a déclaré que les résultats de l'équipe soulignent comment les interactions violentes entre galaxies peuvent être à l'origine d'événements cosmiques puissants susceptibles de modifier la composition des éléments de l'univers. Elle a également insisté sur l'importance de l'imagerie aux rayons X de haute précision. Sans l'observatoire spatial Chandra, la faible luminosité de la galaxie hôte aurait pu passer inaperçue.
Quelles sont les conséquences pour l'avenir de notre galaxie ?
Pour l'instant, la distance exacte de l'explosion reste incertaine. Elle pourrait être encore plus grande, ce qui en ferait l'une des explosions gamma courtes les plus éloignées jamais enregistrées. De futures observations avec des télescopes de nouvelle génération permettront peut-être de trancher la question, a déclaré Charlton.
« Il est très fréquent que les galaxies aient des voisines. Ce n'est pas du tout inhabituel, mais les collisions entre elles, si », a-t-elle déclaré.
« Notre galaxie, la Voie lactée, a une voisine, la galaxie d'Andromède, et dans quatre ou cinq milliards d'années, elle fusionnera avec la Voie lactée. Ce phénomène pourrait déjà être en train de se produire, et des queues de marée se formeraient, projetant des éléments lourds et enrichissant l'univers. »
Édité par Sadie Harley, revu par Robert Egan
Fourni par l'Université d'État de Pennsylvanie
