Kilonovae : Les explosions cosmiques des fusions d'étoiles à neutrons

Pendant presque deux décennies, les scientifiques ont observé et appris sur les kilonovae, qui sont des explosions brillantes causées par la fusion d'Étoiles à neutrons. Le satellite SWIFT a joué un rôle crucial dans cette recherche, en aidant à repérer des sursauts gamma et d'autres événements de haute énergie dans l'univers. Lancé en 2004, Swift a fourni des informations précieuses sur ces phénomènes cosmiques, notamment pour identifier et étudier les kilonovae.

#C'est quoi une Kilonova ?

Une kilonova est un événement astronomique qui se produit quand deux étoiles à neutrons s'entrechoquent. Ces étoiles sont des restes superdenses de supernovae, pesant environ 1,4 fois la masse du soleil dans une sphère de quelques kilomètres de large. Quand elles fusionnent, ça crée une énorme explosion qui génère des éléments lourds grâce à des réactions nucléaires. Ces éléments se décomposent ensuite de manière radioactive, produisant une lumière qu'on peut voir depuis la Terre. Les kilonovae sont généralement plus brillantes que les supernovae standard et peuvent être observées à de grandes distances.

#Le Rôle de Swift dans les Découvertes de Kilonova

Swift a été conçu principalement pour détecter Les sursauts gamma, des éclairs de radiation énergétique qui se produisent dans l'espace. L'un de ses premiers succès a été de localiser les sursauts gamma de courte durée, aidant les astronomes à mesurer les distances et à chercher des kilonovae.

Un jalon important dans la mission de Swift a eu lieu en 2017 quand il a observé des Ondes gravitationnelles provenant de l'événement GW170817, causé par la fusion de deux étoiles à neutrons. Cet événement a confirmé que les sursauts gamma de courte durée peuvent être liés aux collisions d'étoiles à neutrons. Les observations de Swift ont capté la lumière ultraviolette précoce de la kilonova associée, nommée AT2017gfo, fournissant de nouvelles informations sur les processus impliqués dans ces événements explosifs.

#Caractéristiques Observables des Kilonovae

Les kilonovae présentent des caractéristiques distinctes qui les différencient des autres événements cosmiques. Elles affichent généralement une couleur rouge et évoluent rapidement, changeant souvent en quelques jours à quelques semaines. Ces traits rendent les kilonovae plus faciles à identifier parmi une multitude d'autres transitoires astronomiques.

Les instruments de Swift, y compris son télescope à rayons X (XRT) et son télescope ultraviolet/optique (UVOT), ont été essentiels pour étudier ces phénomènes. En utilisant un mélange d'observations à travers différentes longueurs d'onde, les scientifiques peuvent assembler une image complète de ce qui se passe pendant un événement de kilonova.

#Kilonovae et Sursauts Gamma

Les sursauts gamma de courte durée sont souvent liés aux kilonovae parce que les deux peuvent résulter de la fusion d'étoiles à neutrons. Les sursauts gamma sont détectés quand les énormes flux produits durant ces fusions sont dirigés vers la Terre. En revanche, les kilonovae émettent leur lumière sur une plus longue période, permettant aux scientifiques d'étudier leurs propriétés en détail.

Swift a détecté plus de 130 sursauts gamma de courte durée, et environ 70 % d'entre eux ont été localisés par son XRT. Un pourcentage plus petit de ces sursauts a également été observé dans les longueurs d'onde optiques avec l'UVOT, ce qui a fourni des données essentielles pour comprendre ces événements.

#Le Lien Entre Kilonovae et Ondes Gravitationnelles

Après la détection de GW170817, les astronomes ont pu établir le lien entre les ondes gravitationnelles, les sursauts gamma et les kilonovae. Cet événement a montré l'importance de l'astronomie multi-messagers, où différents types de signaux de l'univers sont combinés pour créer une compréhension plus complète des événements cosmiques.

La capacité de Swift à suivre rapidement les alertes d'ondes gravitationnelles a encore amélioré notre compréhension des kilonovae. En observant rapidement les contreparties potentielles aux événements d'ondes gravitationnelles, les scientifiques peuvent rassembler des informations cruciales sur les conditions entourant ces énormes explosions et les éléments produits par la suite.

#Kilonovae dans des Galaxies Proches

Les chercheurs se sont également concentrés sur la découverte de kilonovae dans des galaxies voisines. La fusion d'étoiles à neutrons se produit souvent dans des endroits relativement proches de la Terre, rendant ces événements plus faciles à étudier. Les données archivées de Swift ont été revisitées pour identifier des candidats potentiels qui pourraient ressembler aux caractéristiques des kilonovae associées aux ondes gravitationnelles.

Par exemple, GRB150101B a été proposé comme un analogue possible à GW170817 en raison de ses propriétés gamma rapides et de ses émissions optiques précoces. De telles investigations aident les scientifiques à mieux comprendre la population locale de fusions d'étoiles à neutrons et leurs kilonovae associées.

#Défis d'Observation

Il y a de nombreux défis pour identifier et étudier les kilonovae. Un obstacle clé est la présence d'après-lueurs brillantes provenant des sursauts gamma, qui peuvent éclipser les signaux faibles des kilonovae. D'autres facteurs, comme la poussière et la lumière de la galaxie hôte, peuvent compliquer encore plus ces observations.

Swift a été instrumental pour surmonter ces obstacles. En fournissant une localisation précise des sursauts gamma, il permet des observations de suivi plus ciblées avec des télescopes au sol et ses propres instruments.

#L'Avenir de la Recherche sur les Kilonovae

Alors que les capacités des instruments astronomiques continuent de s'améliorer, les scientifiques sont optimistes quant aux découvertes futures. Les missions à venir, comme le télescope spatial James Webb, ainsi que les améliorations des détecteurs d'ondes gravitationnelles, devraient considérablement augmenter le taux d'événements détectables.

Ces avancées faciliteront probablement la découverte de nouvelles kilonovae et amélioreront notre compréhension de leurs propriétés. La capacité de réagir rapidement aux alertes d'ondes gravitationnelles permettra également d'effectuer des observations en temps voulu, permettant aux chercheurs de rassembler des données précieuses sur ces événements cosmiques fugitifs.

En résumé, la combinaison des observations de Swift, des avancées technologiques et de la recherche en cours continuera d'éclairer le monde fascinant des kilonovae. À mesure que les scientifiques découvrent davantage sur ces événements explosifs, ils approfondiront notre compréhension de l'univers et des processus qui le façonnent.