Les télescopes d’Hawaï aident à découvrir les origines des sursauts gamma naufragés

Une équipe internationale d’astronomes a découvert que certains sursauts gamma courts (GRB) ne sont pas apparus comme des naufragés dans l’immensité de l’espace intergalactique comme ils sont apparus initialement. Une étude multi-observatoire plus approfondie a plutôt révélé que ces GRB apparemment isolés se produisaient en fait dans des galaxies remarquablement éloignées – et donc faibles – jusqu’à 10 milliards d’années-lumière.

Cette découverte suggère que les GRB courts, qui se forment lors des collisions de étoiles à neutrons, peut avoir été plus fréquent dans le passé que prévu. Depuis que les fusions d’étoiles à neutrons forgent éléments lourdsy compris l’or et le platine, l’univers a peut-être également été ensemencé de métaux précieux plus tôt que prévu.

L’étude a été acceptée pour publication dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society et est disponible en format préimprimé sur arXiv.org.

“De nombreux GRB courts se trouvent dans des galaxies brillantes relativement proches de nous, mais certains d’entre eux semblent n’avoir aucun foyer galactique correspondant”, a déclaré Brendan O’Connor, auteur principal de l’étude et astronome à la fois à l’Université du Maryland et au George Université Washington. “En identifiant l’origine des courts GRB, nous avons pu parcourir des trésors de données provenant de plusieurs observatoires pour trouver la faible lueur de galaxies qui étaient tout simplement trop éloignées pour être reconnues auparavant.”

Méthodologie

Cette enquête cosmique a nécessité la puissance combinée de certains des télescopes les plus puissants sur Terre et dans l’espace, y compris deux observatoires de Maunakea à Hawaiʻi – l’observatoire WM Keck et le télescope Gemini North – ainsi que le Gemini South télescope au Chili. Les deux télescopes Gemini constituent l’Observatoire international Gemini, exploité par le NOIRLab de la NSF. Parmi les autres observatoires impliqués dans cette recherche figurent le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA, le télescope Lowell Discovery en Arizona, le Gran Telescopio Canarias en Espagne et le très grand télescope de l’Observatoire européen austral au Chili.

Les chercheurs ont commencé leur quête en examinant les données de 120 GRB capturés par deux instruments à bord de l’observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA : Swift’s Burst Alert Telescope, qui a signalé qu’une rafale avait été détectée ; et le télescope à rayons X de Swift, qui a identifié l’emplacement général de la rémanence des rayons X du GRB. Des études supplémentaires sur la rémanence réalisées avec l’observatoire Lowell ont identifié plus précisément l’emplacement des GRB.

Les études de rémanence ont révélé que 43 des GRB courts n’étaient associés à aucune galaxie connue et apparaissaient dans l’espace relativement vide entre les galaxies.

“Ces GRB sans hôte présentaient un mystère intrigant et les astronomes avaient proposé deux explications pour leur existence apparemment isolée”, a déclaré O’Connor.

Une hypothèse était que les étoiles à neutrons progénitrices se sont formées comme une paire binaire à l’intérieur d’une galaxie lointaine, ont dérivé ensemble dans l’espace intergalactique et ont finalement fusionné des milliards d’années plus tard. L’autre hypothèse était que les étoiles à neutrons ont fusionné à plusieurs milliards d’années-lumière dans leurs galaxies d’origine, qui semblent maintenant extrêmement faibles en raison de leur grande distance de la Terre.

“Nous avons estimé que ce deuxième scénario était le plus plausible pour expliquer une grande partie des événements sans hôte”, a déclaré O’Connor. “Nous avons ensuite utilisé les télescopes les plus puissants de la Terre pour collecter des images profondes des emplacements GRB et découverts autrement invisibles galaxies 8 à 10 milliards d’années-lumière de la Terre.”

Pour effectuer ces détections, les astronomes ont utilisé une variété d’instruments optiques et infrarouges, y compris le spectromètre imageur à basse résolution (LRIS) et le spectrographe multi-objets pour l’exploration infrarouge (MOSFIRE) de l’observatoire Keck, ainsi que le spectrographe multi-objets Gemini monté sur les deux Gémeaux Nord et Gémeaux Sud.

Et après

Ce résultat pourrait aider les astronomes à mieux comprendre l’évolution chimique de l’univers. La fusion d’étoiles à neutrons déclenche une série de réactions nucléaires en cascade qui sont nécessaires pour produire des métaux lourds, comme l’or, le platine et le thorium. Repousser l’échelle de temps cosmique sur les fusions d’étoiles à neutrons signifie que le jeune univers était beaucoup plus riche en éléments lourds qu’on ne le savait auparavant.

“Cela repousse l’échelle de temps lorsque l’univers a reçu la” touche Midas “et s’est ensemencé avec les éléments les plus lourds du tableau périodique”, a déclaré O’Connor.