Une vue d'artiste de la collision de deux étoiles à neutrons. © Dana Berry, SkyWorks Digital

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Une explosion cosmique de rayons X déroute les astrophysiciens

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Par Laurent Sacco, Futura

Après quelques années d'étude d'une mystérieuse source transitoire de rayons X particulièrement brillante découverte par le satellite Chandra, les astrophysiciens sont perplexes. Le phénomène ne cadre pas tout à fait avec les modèles astrophysiques connus.

  • Une mystérieuse source de rayons X est devenue 1.000 fois plus brillante pendant quelques heures avant de s'éteindre de façon spectaculaire en environ un jour.
  • Cette source a été découverte dans les données du Chandra Deep Field-South, donnant l'image en rayons X la plus profonde jamais réalisée.
  • Les données de Hubble et Spitzer indiquent que cette source est probablement située dans une petite galaxie à environ 10,7 milliards d'années-lumière de la Terre.
  • Les données indiquent qu'il s'agit d'un évènement violent, comme un sursaut gamma ou une naine blanche détruite par un trou noir intermédiaire mais aucune de ces explications n'est vraiment satisfaisante et il pourrait s'agir d'un phénomène inconnu.

Le télescope spatial à rayons X Chandra a été lancé en novembre 1999. L'un des buts principaux de cet instrument de la Nasa, dont le projet remonte à 1976 à l'initiative du prix Nobel de physique italo-américain Riccardo Giacconi, est d'étudier les événements les plus violents de l'univers observable ainsi que les astres compacts. Il s'agissait donc de mieux comprendre les supernovae et ce qui se passe aux abords des trous noirs, des étoiles à neutrons et des naines blanches.

Chandra a aussi été utilisé pour mieux comprendre les amas de galaxies, traquer la matière noire et faire la lumière sur les mystérieux sursauts gamma quand ils ont une contrepartie dans le domaine des rayons X. On pense maintenant que ces sursauts sont soit le résultat de collisions d'étoiles à neutrons, soit de l'effondrement gravitationnel d'une étoile particulièrement massive donnant un trou noir et une hypernova. Dans les deux cas, il se produit alors des jets de matière et de rayonnement dans lesquels l'essentiel de l'énergie des explosions se trouve concentré.

Chandra observe depuis 17 ans mais il faut parfois des années de longues analyses des données collectées, jointes à celles des autres télescopes travaillant dans d'autres longueurs d'onde pour qu'une nouvelle découverte soit annoncée. On vient d'en avoir un exemple avec une publication d'un article sur arXiv faisant état d'un événement décelé par Chandra en 2014 dans une région de la voûte céleste baptisé Chandra Deep Field-South (CDF-S), ce qui peut se traduire par  « champ profond sud de Chandra ».

Une vidéo sur la découverte de CDF-S XT1. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Chandra X-ray Observatory

Un sursaut gamma, une crêpe stellaire ou... ?

Il s'agissait d'un brusque sursaut X d'une source inconnue dont la luminosité a été multipliée par mille en quelques heures avant de redescendre sous le niveau de la sensibilité de Chandra en environ une journée. Intrigués, les astronomes ont cherché une contrepartie dans d'autres domaines de longueurs d'onde, ce qui les a conduits à compulser des milliers d'heures  d'observations dans les archives des télescopes Hubble et Spitzer, donc de l'ultraviolet à l'infrarouge en passant bien sûr par le visible.

La source, désormais baptisée CDF-S XT1, a finalement été associée à une galaxie située à 10,7 milliards d'années-lumière de la Voie lactée. Pour être aussi lumineuse à cette distance, elle a dû libérer en quelques minutes mille fois plus d'énergie que toutes les étoiles de sa galaxie hôte.

Aucun modèle connu en astrophysique ne cadre bien avec cet évènement. Deux hypothèses en rendent partiellement compte cependant. D'abord celle d'émissions X produites par une collision de deux étoiles à neutrons mais que nous n'aurions pas détectées sous la forme d'un sursaut gamma parce que les jets produits n'auraient pas été dirigés dans notre direction. Il pourrait s'agir aussi d'un scénario similaire à celui des crêpes stellaires de Jean-Pierre Luminet, mais avec cette fois une naine blanche qui serait détruite par un trou noir de masse intermédiaire.

Troisième hypothèse : un phénomène radicalement nouveau. En tout état de cause, il semble n'avoir jamais été observé par d'autres télescopes X ni par Chandra lors de ses observations consacrées au CDF-S, et qui se sont étalées sur deux mois et demi pendant 17  ans. Des recherches sont en cours cependant dans les archives de XMM Newton et Swift.

Si jamais on observait un nouvel évènement de ce genre, il sera sans doute du plus haut intérêt de voir ce que donneront au même moment les détecteurs d'ondes gravitationnelles comme eLigo et eLisa. Ils pourraient être bavards...

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