Une explosion 1 million de fois plus brillante que la Voie lactée crée des éléments rares

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Le télescope spatial James Webb et d’autres observatoires ont été témoins d’une explosion massive dans l’espace qui a créé des éléments chimiques rares, dont certains sont nécessaires à la vie.

L’explosion, observée le 7 mars, était le deuxième sursaut gamma le plus brillant jamais observé par des télescopes en plus de 50 ans d’observations, plus d’un million de fois plus brillant que l’ensemble de la Voie lactée réunie. Les sursauts gamma sont de courtes émissions de la forme de lumière la plus énergétique.

Cette explosion particulière, appelée GRB 230307A, a probablement été créée lorsque deux étoiles à neutrons – les restes d’étoiles incroyablement denses après une supernova – ont fusionné dans une galaxie située à environ un milliard d’années-lumière. En plus de libérer le sursaut gamma, la fusion a créé un kilonovaune explosion rare qui se produit lorsqu’une étoile à neutrons fusionne avec une autre étoile à neutrons ou un trou noir, selon une étude publiée mercredi dans la revue Nature.

“Il n’existe qu’une poignée de kilonovas connues, et c’est la première fois que nous pouvons observer les conséquences d’une kilonova avec le télescope spatial James Webb”, a déclaré l’auteur principal de l’étude, Andrew Levan, professeur d’astrophysique à l’université Radboud de Londres. les Pays-Bas. Levan faisait également partie de l’équipe qui a effectué la première détection d’une kilonova en 2013.

En plus de Webb, le télescope spatial Fermi Gamma-ray de la NASA, l’observatoire Neil Gehrels Swift et le satellite Transiting Exoplanet Survey ont observé l’éclatement et l’ont retracé jusqu’à la fusion d’étoiles à neutrons. Webb a également été utilisé pour détecter la signature chimique du tellure à la suite de l’explosion.

Le tellure, un métalloïde rare, est utilisé pour teinter le verre et la céramique et joue un rôle dans le processus de fabrication des CD et DVD réinscriptibles, selon la Royal Society of Chemistry. Les astronomes s’attendent à ce que d’autres éléments proches du tellure dans le tableau périodique, notamment l’iode, qui est nécessaire à une grande partie de la vie sur Terre, soient probablement présents dans la matière libérée par la kilonova.

“Un peu plus de 150 ans après que Dmitri Mendeleïev a écrit le tableau périodique des éléments, nous sommes enfin en mesure de commencer à combler ces derniers trous de compréhension là où tout a été créé, grâce à Webb”, a déclaré Levan.

Suivre les explosions stellaires

Les astronomes croient depuis longtemps que les fusions d’étoiles à neutrons sont des usines célestes qui créent des éléments rares plus lourds que le fer. Mais il a été difficile de retrouver les preuves.

Les Kilonovae sont des événements rares, ce qui les rend difficiles à observer. Mais les astronomes recherchent de courts sursauts gamma, qui ne durent qu’environ deux secondes au maximum, comme sous-produits révélateurs de ces rares événements.

Ce qui était inhabituel dans cette explosion, c’est qu’elle a duré 200 secondes, ce qui en fait un long sursaut gamma. De telles sursauts prolongés sont généralement associés aux supernovas créées lors de l’explosion d’étoiles massives.

« Cette rafale entre dans la catégorie longue. Ce n’est pas près de la frontière. Mais cela semble provenir d’une étoile à neutrons en fusion », a déclaré Eric Burns, co-auteur de l’étude et professeur adjoint de physique et d’astronomie à la Louisiana State University, dans un communiqué.

Fermi a initialement détecté le sursaut gamma et les astronomes ont utilisé des observatoires au sol et dans l’espace pour suivre les changements de luminosité au lendemain de l’explosion dans les ondes lumineuses gamma, rayons X, visibles, infrarouges et radio. Les changements rapides de lumière visible et infrarouge suggèrent qu’il s’agissait d’une kilonova.

“Ce type d’explosion est très rapide, la matière contenue dans l’explosion se dilatant également rapidement”, a déclaré Om Sharan Salafia, co-auteur de l’étude et chercheur à l’Observatoire astronomique de Brera de l’Institut national d’astrophysique en Italie, dans un communiqué. “Au fur et à mesure que l’ensemble du nuage se dilate, la matière se refroidit rapidement et le pic de sa lumière devient visible dans l’infrarouge et devient plus rouge sur des échelles de temps allant de quelques jours à plusieurs semaines.”

L’équipe a également utilisé Webb pour retracer le parcours des étoiles à neutrons avant leur explosion.

Autrefois, c’étaient deux étoiles massives dans un système binaire qui existait dans une galaxie spirale. L’une des deux étoiles a explosé en supernova, laissant derrière elle une étoile à neutrons, puis la même chose est arrivée à l’autre étoile. Ces événements explosifs ont fait sortir les étoiles de leur galaxie et elles sont restées en couple, voyageant sur 120 000 années-lumière avant de fusionner plusieurs centaines de millions d’années après avoir été éjectées de leur foyer.

Trouver des éléments cosmiques

Les astronomes tentent depuis des décennies de déterminer comment les éléments chimiques sont créés dans l’univers.

Découvrir davantage de kilonovas à l’avenir avec des télescopes sensibles comme Webb et le Télescope spatial romain Nancy Gracedont le lancement est prévu en 2027, pourrait fournir un aperçu des éléments lourds créés et libérés par les rares explosions.

Les chercheurs souhaitent également trouver davantage de fusions créant des sursauts gamma plus longs afin de déterminer ce qui les motive et s’il existe un lien avec les éléments créés au cours du processus.

Le cycle de vie violent des étoiles a distribué les éléments du tableau périodique dans tout l’univers, y compris ceux nécessaires à la formation de la vie sur Terre. La capacité d’étudier les explosions stellaires telles que les kilonovas ces dernières années permet aux scientifiques de répondre à des questions sur la formation d’éléments chimiques, permettant ainsi de mieux comprendre l’évolution de l’univers au fil du temps.

“Webb fournit un coup de pouce phénoménal et pourrait trouver des éléments encore plus lourds”, a déclaré Ben Gompertz, co-auteur de l’étude, professeur adjoint à l’Institut d’astronomie des ondes gravitationnelles et à l’École de physique et d’astronomie de l’Université de Birmingham au Royaume-Uni, dans un communiqué.

“Au fur et à mesure que nous obtiendrons des observations plus fréquentes, les modèles s’amélioreront et le spectre pourra évoluer davantage dans le temps”, a déclaré Gompertz. “Webb a certainement ouvert la porte à beaucoup plus de choses, et ses capacités seront complètement transformatrices pour notre compréhension de l’univers.”

Clarification : Cette histoire a été mise à jour pour clarifier la date à laquelle l’explosion a été observée.

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