En août 2017, l'Observatoire des ondes gravitationnelles des interféromètres laser (LIGO) a détecté des ondes qui seraient causées par une fusion d'étoiles à neutrons. Cet événement «kilonova», connu sous le nom de GW170817, a été le premier événement astronomique détecté dans les ondes gravitationnelles et électromagnétiques - y compris la lumière visible, les rayons gamma, les rayons X et les ondes radio.
Dans les mois qui ont suivi la fusion, des télescopes en orbite et au sol à travers le monde ont observé GW170817 pour voir ce qui en résultait. Selon une nouvelle étude d'une équipe internationale d'astronomes, la fusion a produit un jet étroit de matière qui a pénétré l'espace interstellaire à des vitesses proches de la vitesse de la lumière.
L'étude qui décrit leurs découvertes, intitulée «Mouvement supraluminique d'un jet relativiste dans la fusion neutronique-étoile GW170817», a récemment paru dans la revue La nature. L'étude a été dirigée par Kunal Mooley, chercheur Jansky à Caltech et à l'Observatoire national de radioastronomie (NRAO); Adam Deller, d'OzGrav et du Swinburne Univeristy’s Center for Astrophysics and Supercomputing; et Ore Gottlieb, un étudiant au doctorat de l'Université de Tel Aviv.
Ils ont été rejoints par des membres du NRAO, du California Institute of Technology (Caltech), de l'Observatoire spatial Onsala, de l'Université hébraïque de Jérusalem, de la Texas Tech University et de la Princeton University. Pour les besoins de leur étude, l'équipe a combiné les données du Very Long Baseline Array (VLBA) de la NSF, du Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) et du Robert C.Byrd Green Bank Telescope (GBT).
À l'aide de ces données, ils ont réussi à résoudre un mystère de longue date concernant la fusion, qui était de savoir si elle avait ou non produit un jet de matière coulant de ses pôles. Les scientifiques soupçonnaient que c'était le cas, car de tels jets sont nécessaires pour produire les sursauts gamma qui seraient dus à la fusion de paires neutrons-étoiles.
Après avoir observé l'objet 75 jours après la fusion, puis à nouveau après 230 jours, l'équipe a découvert qu'une région d'émission radio de la fusion s'était déplacée à des vitesses incroyables. Ces observations ne pouvaient s'expliquer que par la présence d'un jet puissant. Comme l'a expliqué le Dr Mooley dans un communiqué de presse de l'ORANO:
«Nous avons mesuré un mouvement apparent quatre fois plus rapide que la lumière. Cette illusion, appelée mouvement supraluminique, se produit lorsque le jet est dirigé presque vers la Terre et que le matériau dans le jet se rapproche de la vitesse de la lumière. »
"Sur la base de notre analyse, ce jet est très probablement très étroit, d'au plus 5 degrés de large, et n'était pointé qu'à 20 degrés de la direction de la Terre", a ajouté Adam Deller. "Mais pour correspondre à nos observations, le matériau dans le jet doit également être projeté vers l'extérieur à plus de 97 pour cent de la vitesse de la lumière."
De ces nouvelles données, un nouveau scénario a émergé qui explique ce qui s'est passé après l'événement de Kilonova. Essentiellement, la fusion a provoqué une explosion qui a propulsé une coquille sphérique de débris vers l'extérieur. Pendant ce temps, les étoiles à neutrons fusionnées se sont effondrées pour former un trou noir qui a commencé à tirer des matériaux vers lui. Cela a entraîné la chute de matière dans un disque tournant rapidement autour du trou noir qui a généré une paire de jets tirant vers l'extérieur depuis ses pôles.
Comme l'a souligné Gregg Hallinan de Caltech, le positionnement des jets a été très heureux. "Nous avons eu la chance de pouvoir observer cet événement, car si le jet avait été dirigé beaucoup plus loin de la Terre, l'émission radio aurait été trop faible pour que nous puissions la détecter", a-t-il déclaré.
Les données de ces dernières observations ont également montré que le jet interagissait avec la coquille de débris, qui formait un «cocon» de matière qui s'étend vers l'extérieur plus lentement que les jets. Cela a aidé à résoudre un autre mystère, qui était de savoir si les sources radio détectées étaient ou non le résultat d'une interaction avec le cocon ou provenant du jet de matière. Comme l'explique Ore Gottlieb:
"Notre interprétation est que le cocon a dominé l'émission radio jusqu'à environ 60 jours après la fusion, et plus tard l'émission a été dominée par le jet."
Selon l'équipe de recherche, cette étude renforce la théorie selon laquelle il existe un lien entre les fusions d'étoiles à neutrons et les sursauts de rayons gamma de courte durée. Il a également démontré que les jets doivent être dirigés relativement près de la Terre pour que ces rafales soient détectables par nos observatoires. Comme l'explique Mooley:
"Notre étude démontre que la combinaison des observations du VLBA, du VLA et du GBT est un puissant moyen d'étudier les jets et la physique associés aux événements d'ondes gravitationnelles."
De plus, les observations de ces jets - qui ont été effectuées dans la partie radio du spectre - fournissent des informations nouvelles et fascinantes sur ce phénomène astronomique. En fin de compte, ce n'est que la dernière surprise que GW170817 a procurée aux astronomes depuis sa première détection.
