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« Kilonova » : différence entre les versions

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[[Fichier:Eso1733s Artist's impression of merging neutron stars.jpg|vignette|upright=1.4|[[Vue d'artiste]] d'une kilonova.]]
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Une '''kilonova''', aussi nommée '''macronova''' ou '''[[supernova]] à [[processus r]]''', est un phénomène [[astronomie|astronomique]] qui se produit lors de la [[fusion d'étoiles|fusion]] de deux [[étoile à neutrons]] ou d'une étoile à neutron et d'un [[trou noir]], dans un [[système binaire (astronomie)|système binaire]].
Une '''kilonova''', aussi nommée '''macronova''' ou '''[[supernova]] à [[processus r]]''', est un phénomène [[astronomie|astronomique]] qui se produit lors de la [[fusion d'étoiles|fusion]] de deux [[étoile à neutrons|étoiles à neutrons]] ou d'une étoile à neutrons et d'un [[trou noir]], dans un [[système binaire (astronomie)|système binaire]].


Un [[rayonnement électromagnétique]] intense est émis du fait de la désintégration d'[[ion lourd|ions lourds]] produits par [[processus r]] et éjectés de façon relativement [[isotropie|isotrope]] pendant le processus de fusion {{incise|comme pour une brève supernova de faible luminosité|fin}}<ref name=Tanvir2013>{{Article|langue=en|auteur1=N. R. Tanvir |auteur2=A. J. Levan|auteur3=A. S. Fruchter |auteur4=J. Hjorth|auteur5=R. A. Hounsell|auteur6=K. Wiersema|auteur7=R. L. Tunnicliffe |titre=A ‘kilonova’ associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B |périodique=Nature|numéro=500|année=2013 |pages=547-549 |consulté le=25 novembre 2016|doi=10.1038/nature12505}}</ref>.
Un [[rayonnement électromagnétique]] intense est émis du fait de la désintégration d'[[ion lourd|ions lourds]] produits par [[processus r]] et éjectés de façon relativement [[isotropie|isotrope]] pendant le processus de fusion {{incise|comme pour une brève supernova de faible luminosité|fin}}<ref name=Tanvir2013>{{Article|langue=en|auteur1=N. R. Tanvir |auteur2=A. J. Levan|auteur3=A. S. Fruchter |auteur4=J. Hjorth|auteur5=R. A. Hounsell|auteur6=K. Wiersema|auteur7=R. L. Tunnicliffe |titre=A ‘kilonova’ associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B |périodique=Nature|numéro=500|année=2013 |pages=547-549 |consulté le=25 novembre 2016|doi=10.1038/nature12505}}</ref>.


Entre 2017 et 2021, la [[communauté scientifique]] a identifié environ 50 signaux qui seraient issus de kilonovae<ref>https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20210629#:~:text=During%20the%20five%20years%20since,of%20pairs%20of%20neutron%20stars.</ref>.
Entre 2017 et 2021, la [[communauté scientifique]] a identifié environ 50 signaux qui seraient issus de kilonovae<ref>{{lien web |titre=LIGO-Virgo-KAGRA Finds Elusive Mergers of Black Holes with Neutron Stars |url=https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20210629#:~:text=During%20the%20five%20years%20since,of%20pairs%20of%20neutron%20stars |site=LIGO Lab / Caltech |consulté le=01-05-2023}}.</ref>.


== Histoire ==
== Histoire ==
[[Fichier:Hubble observes first kilonova.jpg|vignette|La première kilonova observée par le [[Hubble (télescope spatial)|télescope Hubble]]<ref>{{lien web|langue=en|titre=Hubble observes source of gravitational waves for the first time|url=https://www.spacetelescope.org/news/heic1717/|website=www.spacetelescope.org|consulté le=18 octobre 2017}}</ref>.]]
[[Fichier:Hubble observes first kilonova.jpg|vignette|La première kilonova observée par le [[Hubble (télescope spatial)|télescope Hubble]]<ref>{{lien web|langue=en|titre=Hubble observes source of gravitational waves for the first time|url=https://www.spacetelescope.org/news/heic1717/|website=www.spacetelescope.org|consulté le=18 octobre 2017}}</ref>.]]


Le terme ''kilonova'' est introduit en 2010 par Metzger {{et al.}}<ref name="Metzger2010"/> pour décrire un pic de luminosité, qui peut atteindre {{unité|1000|fois}} celui d'une [[nova]] classique, d'où l'utilisation du préfixe « kilo »<ref name=Metzger2010/>, et un à dix pourcent de la brillance d'une [[supernova]]<ref>{{en}}{{cite web |title=Hubble captures infrared glow of a kilonova blast |url=http://www.spacetelescope.org/images/opo1329a/ |publisher=spacetelescope.org |date=5 August 2013 |access-date=28 February 2018}}</ref>.
Le terme ''kilonova'' est introduit en 2010 par Metzger {{et al.}}<ref name="Metzger2010"/> pour décrire un pic de luminosité, qui peut atteindre {{unité|1000|fois}} celui d'une [[nova]] classique, d'où l'utilisation du préfixe « kilo »<ref name=Metzger2010/>, et un à dix pour cent de la brillance d'une [[supernova]]<ref>{{lien web|langue=en|titre=Hubble captures infrared glow of a kilonova blast |url=http://www.spacetelescope.org/images/opo1329a/ |éditeur=spacetelescope.org |date=5 August 2013 |consulté le=28 février 2018}}</ref>.


La première suggestion d'observation d'une kilonova est faite en 2008 à la suite de l'observation du [[sursaut gamma]] court {{lien|lang=d|trad=Q86559347|fr=GRB 080503}}<ref>{{Cite journal |last1=Perley |first1=D. A. |last2=Metzger |first2=B. D. |last3=Granot |first3=J. |last4=Butler |first4=N. R. |last5=Sakamoto |first5=T. |last6=Ramirez-Ruiz |first6=E. |last7=Levan |first7=A. J. |last8=Bloom |first8=J. S. |last9=Miller |first9=A. A. |year=2009 |title=GRB 080503: Implications of a Naked Short Gamma-Ray Burst Dominated by Extended Emission |journal=The Astrophysical Journal |language=en |volume=696 |issue=2 |pages=1871–1885 |doi=10.1088/0004-637X/696/2/1871 |arxiv=0811.1044 |bibcode=2009ApJ...696.1871P|s2cid=15196669 }}</ref>. Une autre observation de kilonova est postulée en 2013, cette fois par l'observation du sursaut court {{lien|lang=ja|trad=GRB 130603B}}<ref name=Tanvir2013/>{{,}}<ref>{{en}}{{Cite web|url=https://www.seeker.com/kilonova-alert-hubble-solves-gamma-ray-burst-mystery-1767686472.html|title=Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery|last=DNews|date=7 August 2013|website=Seeker}}</ref>.
La première suggestion d'observation d'une kilonova est faite en 2008 à la suite de l'observation du [[sursaut gamma]] court {{lien|lang=d|trad=Q86559347|fr=GRB 080503}}<ref>{{article|nom1=Perley |prénom1=D. A. |nom2=Metzger |prénom2=B. D. |nom3=Granot |prénom3=J. |nom4=Butler |prénom4=N. R. |nom5=Sakamoto |prénom5=T. |nom6=Ramirez-Ruiz |prénom6=E. |nom7=Levan |prénom7=A. J. |nom8=Bloom |prénom8=J. S. |nom9=Miller |prénom9=A. A. |année=2009 |titre=GRB 080503: Implications of a Naked Short Gamma-Ray Burst Dominated by Extended Emission |journal=The Astrophysical Journal |langue=en |volume=696 |numéro=2 |pages=1871–1885 |doi=10.1088/0004-637X/696/2/1871 |arxiv=0811.1044 |bibcode=2009ApJ...696.1871P|s2cid=15196669 }}</ref>. Une autre observation de kilonova est postulée en 2013, cette fois par l'observation du sursaut court {{lien|lang=ja|trad=GRB 130603B}}<ref name=Tanvir2013/>{{,}}<ref>{{lien web|langue=en|url=https://www.seeker.com/kilonova-alert-hubble-solves-gamma-ray-burst-mystery-1767686472.html|titre=Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery|nom=DNews|date=7 August 2013|website=Seeker}}</ref>.


Le 16 octobre 2017, les observatoires [[Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory|LIGO]] et [[Virgo (interféromètre)|VIRGO]] annoncent la première détection simultanée d'[[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] associées à l'événement [[GW170817]]<ref name="Abbott et al. 2017">{{en}}{{cite journal |last1=Abbott |first1=B. P. |last2=Abbott |first2=R. |last3=Abbott |first3=T. D. |last4=Acernese |first4=F. |last5=Ackley |first5=K. |last6=Adams |first6=C. |last7=Adams |first7=T. |last8=Addesso |first8=P. |last9=Adhikari |first9=R. X. |last10=Adya |first10=V. B. |collaboration=[[LIGO Scientific Collaboration]] & [[Virgo interferometer|Virgo Collaboration]] |title=GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral |journal=Physical Review Letters |date=16 October 2017 |volume=119 |issue=16 |pages=161101 |doi=10.1103/PhysRevLett.119.161101 |pmid=29099225 |bibcode=2017PhRvL.119p1101A |arxiv=1710.05832}}</ref>, qui seraient liées à une kilonova causée par la fusion d'étoile à neutron<ref name="miller2017">{{en}}{{cite journal |last1=Miller |first1=M. Coleman |title=Gravitational waves: A golden binary |journal=Nature |date=16 October 2017 |volume=News and Views |issue=7678 |pages=36 |doi=10.1038/nature24153 |bibcode=2017Natur.551...36M|doi-access=free }}</ref>{{,}}<ref name="berger2017">{{en}}{{Cite journal |last1=Berger |first1=E. |title=Focus on the Electromagnetic Counterpart of the Neutron Star Binary Merger GW170817 |url=http://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_GW170817 |journal=Astrophysical Journal Letters |access-date=16 October 2017 |date=16 October 2017}}</ref>{{,}}<ref>{{en}}{{cite journal |title=Focus on electromagnetic counterparts to binary black hole mergers |first=Valerie |last=Connaughton |journal=[[The Astrophysical Journal Letters]] |year=2016 |type=Editorial |url=http://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_BBHM }}</ref>{{,}}<ref name=Loeb>{{en}}{{cite journal |title=Electromagnetic counterparts to black hole mergers detected by LIGO |last=Loeb |first=Abraham |journal=[[The Astrophysical Journal Letters]] |volume=819 |issue=2 |page=L21 |date=March 2016 |arxiv=1602.04735 |doi=10.3847/2041-8205/819/2/L21 |doi-access=free |bibcode=2016ApJ...819L..21L }}</ref>. Les chercheurs obervent également une émission de [[rayons X]], qui diminue en intensité pour finir par se stabiliser en 2020<ref name=GW2017a>{{en}}{{Cite web|url= https://arxiv.org/abs/2104.02070|title= Evidence for X-ray Emission in Excess to the Jet Afterglow Decay 3.5 yrs After the Binary Neutron Star Merger GW 170817: A New Emission Component|date=5 Mars 2022|website=Arxiv}}</ref>.
Le 16 octobre 2017, les observatoires [[Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory|LIGO]] et [[Virgo (interféromètre)|VIRGO]] annoncent la première détection simultanée d'[[onde gravitationnelle|ondes gravitationnelles]] associées à l'événement [[GW170817]]<ref name="Abbott et al. 2017">{{article|langue=en|nom1=Abbott |prénom1=B. P. |nom2=Abbott |prénom2=R. |nom3=Abbott |prénom3=T. D. |nom4=Acernese |prénom4=F. |nom5=Ackley |prénom5=K. |nom6=Adams |prénom6=C. |nom7=Adams |prénom7=T. |nom8=Addesso |prénom8=P. |nom9=Adhikari |prénom9=R. X. |nom10=Adya |prénom10=V. B. |collaboration=[[LIGO Scientific Collaboration]] & [[Virgo interferometer|Virgo Collaboration]] |titre=GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral |journal=Physical Review Letters |date=16 October 2017 |volume=119 |numéro=16 |pages=161101 |doi=10.1103/PhysRevLett.119.161101 |pmid=29099225 |bibcode=2017PhRvL.119p1101A |arxiv=1710.05832}}</ref>, qui seraient liées à une kilonova causée par la fusion d'étoile à neutron<ref name="miller2017">{{article|langue=en|nom1=Miller |prénom1=M. Coleman |titre=Gravitational waves: A golden binary |journal=Nature |date=16 October 2017 |volume=News and Views |numéro=7678 |pages=36 |doi=10.1038/nature24153 |bibcode=2017Natur.551...36M|accès doi=libre }}</ref>{{,}}<ref name="berger2017">{{article|langue=en|nom1=Berger |prénom1=E. |titre=Focus on the Electromagnetic Counterpart of the Neutron Star Binary Merger GW170817 |url=http://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_GW170817 |journal=Astrophysical Journal Letters |consulté le=16 octobre 2017 |date=16 October 2017}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en|titre=Focus on electromagnetic counterparts to binary black hole mergers |prénom=Valerie |nom=Connaughton |journal=[[The Astrophysical Journal Letters]] |année=2016 |nature article=Editorial |url=http://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_BBHM }}</ref>{{,}}<ref name=Loeb>{{article|langue=en|titre=Electromagnetic counterparts to black hole mergers detected by LIGO |nom=Loeb |prénom=Abraham |journal=[[The Astrophysical Journal Letters]] |volume=819 |numéro=2 |page=L21 |date=March 2016 |arxiv=1602.04735 |doi=10.3847/2041-8205/819/2/L21 |accès doi=libre |bibcode=2016ApJ...819L..21L }}</ref>. Les chercheurs obervent également une émission de [[rayons X]], qui diminue en intensité pour finir par se stabiliser en 2020<ref name=GW2017a>{{lien web|langue=en|url= https://arxiv.org/abs/2104.02070|titre= Evidence for X-ray Emission in Excess to the Jet Afterglow Decay 3.5 yrs After the Binary Neutron Star Merger GW 170817: A New Emission Component|date=5 Mars 2022|website=Arxiv}}</ref>.


En octobre 2018, des astronomes font un parallèle entre {{lien|lang=d|trad=Q83794578|fr=GRB 150101B}} et [[GW170817]]<ref name="NC-20181016"/>. Les similarités entre les deux évènements, en termes de [[rayon gamma]], d'[[optique]] et des émissions de [[rayon x]], aussi bien que la nature de l'association des galaxies hôtes, sont considéré « frappante »<ref name="NASA-20181016"/> et cette ressemblance remarquable suggère que ces deux événements séparés et indépendants proviennent de la même collision d'étoiles à neutron et ils peuvent venir d'une classe inconnue jusqu'alors de kilonova transitoire. Donc, selon ces chercheurs, on peut en conclure que les kilonovae sont des évènements plus diversifiés et communs dans l'Univers qu'on le pensait précédemment<ref name="EA-20181016">{{en}}{{cite news |author=University of Maryland |title=All in the family: Kin of gravitational wave source discovered - New observations suggest that kilonovae -- immense cosmic explosions that produce silver, gold and platinum--may be more common than thought |url=https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-10/uom-ait101518.php |date=16 October 2018 |work=[[EurekAlert!]] |access-date=17 October 2018 |author-link=University of Maryland }}</ref>{{,}}<ref name="NC-20181016">{{en}}{{cite journal |author=Troja, E.|display-authors=etal |title=A luminous blue kilonova and an off-axis jet from a compact binary merger at z = 0.1341 |date=16 October 2018 |journal=[[Nature Communications]] |volume=9 |issue=1 |pages=4089 |doi=10.1038/s41467-018-06558-7 |pmid=30327476 |pmc=6191439 |bibcode=2018NatCo...9.4089T |arxiv=1806.10624 }}</ref>{{,}}<ref name="NASA-20181016">{{en}}{{cite news |last=Mohon |first=Lee |title=GRB 150101B: A Distant Cousin to GW170817 |url=https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/grb-150101b-a-distant-cousin-to-gw170817.html |date=16 October 2018 |work=[[NASA]] |access-date=17 October 2018 }}</ref>{{,}}<ref name="SPC-20181017">{{en}}{{cite web |last=Wall |first=Mike |title=Powerful Cosmic Flash Is Likely Another Neutron-Star Merger |url=https://www.space.com/42158-another-neutron-star-crash-detected.html |date=17 October 2018 |work=[[Space.com]] |access-date=17 October 2018 }}</ref>.
En octobre 2018, des astronomes font un parallèle entre {{lien|lang=d|trad=Q83794578|fr=GRB 150101B}} et [[GW170817]]<ref name="NC-20181016"/>. Les similarités entre les deux évènements, en ce qui concerne les émissions de [[rayon gamma]], l'[[optique]] et les émissions de [[rayon x]], aussi bien que la nature de l'association des galaxies hôtes, sont considérées « frappantes »<ref name="NASA-20181016"/> et cette ressemblance remarquable suggère que ces deux événements séparés et indépendants proviennent de la même collision d'étoiles à neutron et ils peuvent venir d'une classe inconnue jusqu'alors de kilonova transitoire. Donc, selon ces chercheurs, on peut en conclure que les kilonovae sont des évènements plus diversifiés et communs dans l'Univers qu'on le pensait précédemment<ref name="EA-20181016">{{article|langue=en|auteur=University of Maryland |titre=All in the family: Kin of gravitational wave source discovered - New observations suggest that kilonovae -- immense cosmic explosions that produce silver, gold and platinum--may be more common than thought |url=https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-10/uom-ait101518.php |date=16 October 2018 |périodique=[[EurekAlert!]] |consulté le=17 octobre 2018 |lien auteur=University of Maryland }}</ref>{{,}}<ref name="NC-20181016">{{article|langue=en|auteur=Troja, E.|et al.=oui |titre=A luminous blue kilonova and an off-axis jet from a compact binary merger at z = 0.1341 |date=16 October 2018 |journal=[[Nature Communications]] |volume=9 |numéro=1 |pages=4089 |doi=10.1038/s41467-018-06558-7 |pmid=30327476 |pmc=6191439 |bibcode=2018NatCo...9.4089T |arxiv=1806.10624 }}</ref>{{,}}<ref name="NASA-20181016">{{article|langue=en|nom=Mohon |prénom=Lee |titre=GRB 150101B: A Distant Cousin to GW170817 |url=https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/images/grb-150101b-a-distant-cousin-to-gw170817.html |date=16 October 2018 |périodique=[[NASA]] |consulté le=17 octobre 2018 }}</ref>{{,}}<ref name="SPC-20181017">{{lien web|langue=en|nom=Wall |prénom=Mike |titre=Powerful Cosmic Flash Is Likely Another Neutron-Star Merger |url=https://www.space.com/42158-another-neutron-star-crash-detected.html |date=17 October 2018 |site=[[Space.com]] |consulté le=17 octobre 2018 }}</ref>.


En 2020, des astronomes détectent une kilonova à 5,4 milliards d'[[année-lumière|années-lumières}} de la [[Voie lactée]], reliée à {{lien|lang=d|trad=Q97035456|fr=GRB 200522A}}. Après une analyse effectuée avec le télescope Hubble, les scientifiques ont détecté que la partie des [[infrarouges]] du spectre était 10 fois plus lumineux que ce qui est prévu lors d'une kilonova. Cela pourrait s'expliquer par la cération d'un [[magnétar]]<ref>{{en}}{{Cite web|url= https://arxiv.org/abs/2008.08593|title= The Broad-band Counterpart of the Short GRB 200522A at z=0.5536: A Luminous Kilonova or a Collimated Outflow with a Reverse Shock?|date=19 August 2020|website=Arxiv}}</ref>{{,}}<ref>{{en}}{{Cite journal|last1=Kaspi|first1=Victoria M.|last2=Beloborodov|first2=Andrei M.|date=2017|title=Magnetars|journal=Annual Review of Astronomy and Astrophysics|volume=55|issue=1|pages=261–301|doi=10.1146/annurev-astro-081915-023329|arxiv=1703.00068|bibcode=2017ARA&A..55..261K}}</ref>.
En 2020, des astronomes détectent une kilonova à 5,4 milliards d'[[année-lumière|années-lumières]] de la [[Voie lactée]], reliée à {{lien|lang=d|trad=Q97035456|fr=GRB 200522A}}. Après une analyse effectuée avec le télescope Hubble, les scientifiques ont détecté que la partie des [[infrarouges]] du spectre était 10 fois plus lumineux que ce qui est prévu lors d'une kilonova. Cela pourrait s'expliquer par la création d'un [[magnétar]]<ref>{{lien web|langue=en|url= https://arxiv.org/abs/2008.08593|titre= The Broad-band Counterpart of the Short GRB 200522A at z=0.5536: A Luminous Kilonova or a Collimated Outflow with a Reverse Shock?|date=19 August 2020|website=Arxiv}}</ref>{{,}}<ref>{{article|langue=en|nom1=Kaspi|prénom1=Victoria M.|nom2=Beloborodov|prénom2=Andrei M.|date=2017|titre=Magnetars|journal=Annual Review of Astronomy and Astrophysics|volume=55|numéro=1|pages=261–301|doi=10.1146/annurev-astro-081915-023329|arxiv=1703.00068|bibcode=2017ARA&A..55..261K}}</ref>.


== Formation ==
== Formation ==
Les étoiles à neutrons représentent environ 0,1 % de la {{lien|lang=en|trad=stellar mass|fr=masse stellaire}} totale d'une galaxie<ref name="frontiersin">{{en}}https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2020.609460/full#B179</ref>. Cependant, plusieurs d'entre-elles se retrouvent au sein de systèmes binaires avec une [[étoile massive]]<ref name="Sana"/>. Si les conditions appropriées sont réunies, à savoir que les étoiles aient une masse suffisante pour engendrer une supernova et que les étoiles soient suffisamment éloignées l'une de l'autre pour éviter une perturbation trop importante du compagnon lors du cataclysme<ref name="Sana">{{en}}Sana, H., Mink, S. E. d., Koter, A. d., Langer, N., Evans, C. J., Geiles, M., et al. (2012). Binary interaction dominates the evolution of massive stars. Science. 337, 444. doi:10.1126/science.1223344</ref>, un système binaire d'étoiles à neutron peut se former.
Les étoiles à neutrons représentent environ 0,1 % de la [[masse stellaire]] totale d'une galaxie<ref name="frontiersin">{{en}}https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2020.609460/full#B179</ref>. Cependant, plusieurs d'entre elles se retrouvent au sein de systèmes binaires avec une [[étoile massive]]<ref name="Sana"/>. Si les conditions appropriées sont réunies, à savoir que les étoiles ont une masse suffisante pour engendrer une supernova et que les étoiles sont assez éloignées l'une de l'autre pour éviter une perturbation trop importante du compagnon lors du cataclysme<ref name="Sana">{{en}} Sana, H., Mink, S. E. d., Koter, A. d., Langer, N., Evans, C. J., Geiles, M., et al. (2012). Binary interaction dominates the evolution of massive stars. Science. 337, 444. doi:10.1126/science.1223344</ref>, un système binaire d'étoiles à neutron peut se former.
[[File:Colliding neutron stars ESA385307.jpg|vignette|Vue d'artiste de deux étoiles à neutrons en rotation.]]
[[File:Colliding neutron stars ESA385307.jpg|vignette|Vue d'artiste de deux étoiles à neutrons en rotation.]]
Sur plusieurs millions d'années, les deux astres se rapprochent en raison de la perte d'[[énergie]] engendrée par l'émission d'ondes gravitationnelles. Un modèle de fusion d'étoiles à neutron est proposé par [[Li-Xin Li]] et Bohdan Paczyński en 1998<ref name="LiPaczynski1998">{{en}}{{cite journal |title=Transient Events from Neutron Star Mergers |journal=The Astrophysical Journal |date=1998 |volume=507 |issue=1 |page=L59–L62 |doi=10.1086/311680 |arxiv=astro-ph/9807272 |bibcode=1998ApJ...507L..59L|last1=Li |first1=L.-X. |last2=Paczyński |first2=B. |last3=Fruchter |first3=A. S. |last4=Hjorth |first4=J. |last5=Hounsell |first5=R. A. |last6=Wiersema |first6=K. |last7=Tunnicliffe |first7=R. |s2cid=3091361 }}</ref>{{,}}<ref>{{Cite journal|last=Metzger|first=Brian D.|date=2019-12-16|title=Kilonovae|url=https://doi.org/10.1007/s41114-019-0024-0|journal=Living Reviews in Relativity|language=en|volume=23|issue=1|pages=1|doi=10.1007/s41114-019-0024-0|arxiv=1910.01617 |issn=1433-8351|pmc=6914724|pmid=31885490}}</ref>. Ainsi, on peut, notamment, évaluer le temps avant la collision (<math>t</math>) en fonction de la distance entre les deux corps (<math>r</math>), de la [[constante gravitationnelle]] (<math>G</math>), de la [[vitesse de la lumière]] (<math>c</math>) et de la masse des deux corps (<math>m_1</math> et <math>m_2</math>) selon la relation<ref>{{en}}(PDF). 29 January 2016 https://web.archive.org/web/20160129142844/http://www.eftaylor.com/exploringblackholes/GravWaves150909v1.pdf. Archived from the original (PDF) on 29 January 2016.</ref> :
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Quelques instants avant la collision, le système peut atteindre une [[fréquence]] de {{unité|60000|[[tour par minute|tours par minute]]}}. Quant à elle, la fusion ne durerait que quelques millisecondes et dégagerait une quantité phénoménale d'énergie<ref>{{en}}https://svs.gsfc.nasa.gov/10543#:~:text=This%20causes%20the%20orbits%20to,at%2060%2C000%20times%20a%20minute.</ref>{{,}}<ref name="frontiersin"/>{{,}}<ref name="Eichler">{{en}}Eichler, D., Livio, M., Piran, T., and Schramm, D. N. (1989). Nucleosynthesis, neutrino bursts and gamma-rays from coalescing neutron stars. Nature 340, 126. doi:10.1038/340126a0</ref>{{,}}<ref>{{en}}Fang, K., and Metzger, B. D. (2017). High-energy neutrinos from millisecond magnetars formed from the merger of binary neutron stars. Astrophys. J 849, 153. doi:10.3847/1538-4357/aa8b6a</ref>.
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Le rapprochement en [[spirale]] et la fusion de ces [[objet compact|objets compacts]] seraient une importante source d'ondes gravitationnelles<ref name=Metzger2010>{{article|lang=en|auteur=Metzger, B. D. |auteur2=Martínez-Pinedo, G. |auteur3=Darbha, S. |auteur4=Quataert, E. |auteur5=Arcones, A. |auteur6=Kasen, D. |auteur7=Thomas, R. |auteur8=Nugent, P. |auteur9=Panov, I. V. |auteur10=Zinner, N. T. |titre=Electromagnetic counterparts of compact object mergers powered by the radioactive decay of r-process nuclei |traduction titre=Contreparties électromagnétiques des fusions d'objets compacts alimentées par la désintégration radioactive de noyau produits par processus r |journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |volume=406 |numéro=4 |page=2650 |date=août 2010 |doi=10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x |bibcode=2010MNRAS.406.2650M |arxiv=1001.5029 }}</ref>{{,}}<ref name=Dnews>{{lien web|lang=en|url=http://news.discovery.com/space/astronomy/how-a-kilonova-solved-a-gamma-ray-burst-mystery-130807.htm |auteur=Nicole Gugliucci |titre=Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery |traduction titre=Alerte aux kilonovae ! ''Hubble'' résout le mystère des [[sursaut gamma|sursauts gamma]] |consulté le=22 janvier 2015 |date=7 août 2013 |éditeur=Discovery Communications |website=news.discovery.com }}</ref>. Cela pourrait également créer des {{lien|lang=en|trad=Gamma-ray burst progenitors|fr=Progéniteurs de sursauts gamma|texte=progéniteurs}} de [[sursaut gamma|sursauts gamma]]<ref name=Metzger2010/>{{,}}<ref name=Dnews/> et être la source principale dans l'Univers des [[élément chimique|éléments chimiques]] les plus lourds, produits par [[processus r]]<ref name=Tanvir2013/>.
Le rapprochement en [[spirale]] et la fusion de ces [[objet compact|objets compacts]] seraient une importante source d'ondes gravitationnelles<ref name=Metzger2010>{{article|langue=en|auteur=Metzger, B. D. |auteur2=Martínez-Pinedo, G. |auteur3=Darbha, S. |auteur4=Quataert, E. |auteur5=Arcones, A. |auteur6=Kasen, D. |auteur7=Thomas, R. |auteur8=Nugent, P. |auteur9=Panov, I. V. |auteur10=Zinner, N. T. |titre=Electromagnetic counterparts of compact object mergers powered by the radioactive decay of r-process nuclei |traduction titre=Contreparties électromagnétiques des fusions d'objets compacts alimentées par la désintégration radioactive de noyau produits par processus r |journal=Monthly Notices of the Royal Astronomical Society |volume=406 |numéro=4 |page=2650 |date=août 2010 |doi=10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x |bibcode=2010MNRAS.406.2650M |arxiv=1001.5029 }}</ref>{{,}}<ref name=Dnews>{{lien web|langue=en|url=http://news.discovery.com/space/astronomy/how-a-kilonova-solved-a-gamma-ray-burst-mystery-130807.htm |auteur=Nicole Gugliucci |titre=Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery |traduction titre=Alerte aux kilonovae ! ''Hubble'' résout le mystère des [[sursaut gamma|sursauts gamma]] |consulté le=22 janvier 2015 |date=7 août 2013 |éditeur=Discovery Communications |website=news.discovery.com }}</ref>. Cela pourrait également créer des {{lien|lang=en|trad=Gamma-ray burst progenitors|fr=Progéniteurs de sursauts gamma|texte=progéniteurs}} de [[sursaut gamma|sursauts gamma]]<ref name=Metzger2010/>{{,}}<ref name=Dnews/> et être la source principale dans l'Univers des [[élément chimique|éléments chimiques]] les plus lourds, produits par [[processus r]]<ref name=Tanvir2013/>.


== Source d'éléments lourds ==
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== Notes et références ==
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== Articles connexes ==
== Articles connexes ==

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Vue d'artiste d'une kilonova.

Une kilonova, aussi nommée macronova ou supernova à processus r, est un phénomène astronomique qui se produit lors de la fusion de deux étoiles à neutrons ou d'une étoile à neutrons et d'un trou noir, dans un système binaire.

Un rayonnement électromagnétique intense est émis du fait de la désintégration d'ions lourds produits par processus r et éjectés de façon relativement isotrope pendant le processus de fusion — comme pour une brève supernova de faible luminosité[1].

Entre 2017 et 2021, la communauté scientifique a identifié environ 50 signaux qui seraient issus de kilonovae[2].

Histoire

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La première kilonova observée par le télescope Hubble[3].

Le terme kilonova est introduit en 2010 par Metzger et al.[4] pour décrire un pic de luminosité, qui peut atteindre 1 000 fois celui d'une nova classique, d'où l'utilisation du préfixe « kilo »[4], et un à dix pour cent de la brillance d'une supernova[5].

La première suggestion d'observation d'une kilonova est faite en 2008 à la suite de l'observation du sursaut gamma court GRB 080503 (d)[6]. Une autre observation de kilonova est postulée en 2013, cette fois par l'observation du sursaut court GRB 130603B (ja)[1],[7].

Le 16 octobre 2017, les observatoires LIGO et VIRGO annoncent la première détection simultanée d'ondes gravitationnelles associées à l'événement GW170817[8], qui seraient liées à une kilonova causée par la fusion d'étoile à neutron[9],[10],[11],[12]. Les chercheurs obervent également une émission de rayons X, qui diminue en intensité pour finir par se stabiliser en 2020[13].

En octobre 2018, des astronomes font un parallèle entre GRB 150101B (d) et GW170817[14]. Les similarités entre les deux évènements, en ce qui concerne les émissions de rayon gamma, l'optique et les émissions de rayon x, aussi bien que la nature de l'association des galaxies hôtes, sont considérées « frappantes »[15] et cette ressemblance remarquable suggère que ces deux événements séparés et indépendants proviennent de la même collision d'étoiles à neutron et ils peuvent venir d'une classe inconnue jusqu'alors de kilonova transitoire. Donc, selon ces chercheurs, on peut en conclure que les kilonovae sont des évènements plus diversifiés et communs dans l'Univers qu'on le pensait précédemment[16],[14],[15],[17].

En 2020, des astronomes détectent une kilonova à 5,4 milliards d'années-lumières de la Voie lactée, reliée à GRB 200522A (d). Après une analyse effectuée avec le télescope Hubble, les scientifiques ont détecté que la partie des infrarouges du spectre était 10 fois plus lumineux que ce qui est prévu lors d'une kilonova. Cela pourrait s'expliquer par la création d'un magnétar[18],[19].

Formation

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Les étoiles à neutrons représentent environ 0,1 % de la masse stellaire totale d'une galaxie[20]. Cependant, plusieurs d'entre elles se retrouvent au sein de systèmes binaires avec une étoile massive[21]. Si les conditions appropriées sont réunies, à savoir que les étoiles ont une masse suffisante pour engendrer une supernova et que les étoiles sont assez éloignées l'une de l'autre pour éviter une perturbation trop importante du compagnon lors du cataclysme[21], un système binaire d'étoiles à neutron peut se former.

Vue d'artiste de deux étoiles à neutrons en rotation.

Sur plusieurs millions d'années, les deux astres se rapprochent en raison de la perte d'énergie engendrée par l'émission d'ondes gravitationnelles. Un modèle de fusion d'étoiles à neutron est proposé par Li-Xin Li et Bohdan Paczyński en 1998[22],[23]. Ainsi, on peut, notamment, évaluer le temps avant la collision () en fonction de la distance entre les deux corps (), de la constante gravitationnelle (), de la vitesse de la lumière () et de la masse des deux corps ( et ) selon la relation[24] :

Quelques instants avant la collision, le système peut atteindre une fréquence de 60 000 tours par minute. Quant à elle, la fusion ne durerait que quelques millisecondes et dégagerait une quantité phénoménale d'énergie[25],[20],[26],[27].

Le rapprochement en spirale et la fusion de ces objets compacts seraient une importante source d'ondes gravitationnelles[4],[28]. Cela pourrait également créer des progéniteurs (en) de sursauts gamma[4],[28] et être la source principale dans l'Univers des éléments chimiques les plus lourds, produits par processus r[1].

Source d'éléments lourds

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Notes et références

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  1. ↑ a b et c (en) N. R. Tanvir, A. J. Levan, A. S. Fruchter, J. Hjorth, R. A. Hounsell, K. Wiersema et R. L. Tunnicliffe, « A ‘kilonova’ associated with the short-duration γ-ray burst GRB 130603B », Nature, no 500,‎ , p. 547-549 (DOI 10.1038/nature12505)
  2. ↑ « LIGO-Virgo-KAGRA Finds Elusive Mergers of Black Holes with Neutron Stars », sur LIGO Lab / Caltech (consulté le ).
  3. ↑ (en) « Hubble observes source of gravitational waves for the first time », sur www.spacetelescope.org (consulté le )
  4. ↑ a b c et d (en) Metzger, B. D., Martínez-Pinedo, G., Darbha, S., Quataert, E., Arcones, A., Kasen, D., Thomas, R., Nugent, P., Panov, I. V. et Zinner, N. T., « Electromagnetic counterparts of compact object mergers powered by the radioactive decay of r-process nuclei » [« Contreparties électromagnétiques des fusions d'objets compacts alimentées par la désintégration radioactive de noyau produits par processus r »], Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 406, no 4,‎ , p. 2650 (DOI 10.1111/j.1365-2966.2010.16864.x, Bibcode 2010MNRAS.406.2650M, arXiv 1001.5029)
  5. ↑ (en) « Hubble captures infrared glow of a kilonova blast », spacetelescope.org, (consulté le )
  6. ↑ (en) D. A. Perley, B. D. Metzger, J. Granot, N. R. Butler, T. Sakamoto, E. Ramirez-Ruiz, A. J. Levan, J. S. Bloom et A. A. Miller, « GRB 080503: Implications of a Naked Short Gamma-Ray Burst Dominated by Extended Emission », The Astrophysical Journal, vol. 696, no 2,‎ , p. 1871–1885 (DOI 10.1088/0004-637X/696/2/1871, Bibcode 2009ApJ...696.1871P, arXiv 0811.1044, S2CID 15196669)
  7. ↑ (en) DNews, « Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery », sur Seeker,
  8. ↑ (en) B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, F. Acernese, K. Ackley, C. Adams, T. Adams, P. Addesso, R. X. Adhikari et V. B. Adya, « GW170817: Observation of Gravitational Waves from a Binary Neutron Star Inspiral », Physical Review Letters, vol. 119, no 16,‎ , p. 161101 (PMID 29099225, DOI 10.1103/PhysRevLett.119.161101, Bibcode 2017PhRvL.119p1101A, arXiv 1710.05832)
  9. ↑ (en) M. Coleman Miller, « Gravitational waves: A golden binary », Nature, vol. News and Views, no 7678,‎ , p. 36 (DOI 10.1038/nature24153 Accès libre, Bibcode 2017Natur.551...36M)
  10. ↑ (en) E. Berger, « Focus on the Electromagnetic Counterpart of the Neutron Star Binary Merger GW170817 », Astrophysical Journal Letters,‎ (lire en ligne, consulté le )
  11. ↑ (en) Valerie Connaughton, « Focus on electromagnetic counterparts to binary black hole mergers » (Editorial), The Astrophysical Journal Letters,‎ (lire en ligne)
  12. ↑ (en) Abraham Loeb, « Electromagnetic counterparts to black hole mergers detected by LIGO », The Astrophysical Journal Letters, vol. 819, no 2,‎ , p. L21 (DOI 10.3847/2041-8205/819/2/L21 Accès libre, Bibcode 2016ApJ...819L..21L, arXiv 1602.04735)
  13. ↑ (en) « Evidence for X-ray Emission in Excess to the Jet Afterglow Decay 3.5 yrs After the Binary Neutron Star Merger GW 170817: A New Emission Component », sur Arxiv,
  14. ↑ a et b (en) Troja, E. et al., « A luminous blue kilonova and an off-axis jet from a compact binary merger at z = 0.1341 », Nature Communications, vol. 9, no 1,‎ , p. 4089 (PMID 30327476, PMCID 6191439, DOI 10.1038/s41467-018-06558-7, Bibcode 2018NatCo...9.4089T, arXiv 1806.10624)
  15. ↑ a et b (en) Lee Mohon, « GRB 150101B: A Distant Cousin to GW170817 », NASA,‎ (lire en ligne, consulté le )
  16. ↑ (en) University of Maryland, « All in the family: Kin of gravitational wave source discovered - New observations suggest that kilonovae -- immense cosmic explosions that produce silver, gold and platinum--may be more common than thought », EurekAlert!,‎ (lire en ligne, consulté le )
  17. ↑ (en) Mike Wall, « Powerful Cosmic Flash Is Likely Another Neutron-Star Merger », sur Space.com, (consulté le )
  18. ↑ (en) « The Broad-band Counterpart of the Short GRB 200522A at z=0.5536: A Luminous Kilonova or a Collimated Outflow with a Reverse Shock? », sur Arxiv,
  19. ↑ (en) Victoria M. Kaspi et Andrei M. Beloborodov, « Magnetars », Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 55, no 1,‎ , p. 261–301 (DOI 10.1146/annurev-astro-081915-023329, Bibcode 2017ARA&A..55..261K, arXiv 1703.00068)
  20. ↑ a et b (en)https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fspas.2020.609460/full#B179
  21. ↑ a et b (en) Sana, H., Mink, S. E. d., Koter, A. d., Langer, N., Evans, C. J., Geiles, M., et al. (2012). Binary interaction dominates the evolution of massive stars. Science. 337, 444. doi:10.1126/science.1223344
  22. ↑ (en) L.-X. Li, B. Paczyński, A. S. Fruchter, J. Hjorth, R. A. Hounsell, K. Wiersema et R. Tunnicliffe, « Transient Events from Neutron Star Mergers », The Astrophysical Journal, vol. 507, no 1,‎ , L59–L62 (DOI 10.1086/311680, Bibcode 1998ApJ...507L..59L, arXiv astro-ph/9807272, S2CID 3091361)
  23. ↑ (en) Brian D. Metzger, « Kilonovae », Living Reviews in Relativity, vol. 23, no 1,‎ , p. 1 (ISSN 1433-8351, PMID 31885490, PMCID 6914724, DOI 10.1007/s41114-019-0024-0, arXiv 1910.01617, lire en ligne)
  24. ↑ (en)(PDF). 29 January 2016 https://web.archive.org/web/20160129142844/http://www.eftaylor.com/exploringblackholes/GravWaves150909v1.pdf. Archived from the original (PDF) on 29 January 2016.
  25. ↑ (en)https://svs.gsfc.nasa.gov/10543#:~:text=This%20causes%20the%20orbits%20to,at%2060%2C000%20times%20a%20minute.
  26. ↑ (en) Eichler, D., Livio, M., Piran, T., and Schramm, D. N. (1989). Nucleosynthesis, neutrino bursts and gamma-rays from coalescing neutron stars. Nature 340, 126. doi:10.1038/340126a0
  27. ↑ (en) Fang, K., and Metzger, B. D. (2017). High-energy neutrinos from millisecond magnetars formed from the merger of binary neutron stars. Astrophys. J 849, 153. doi:10.3847/1538-4357/aa8b6a
  28. ↑ a et b (en) Nicole Gugliucci, « Kilonova Alert! Hubble Solves Gamma Ray Burst Mystery » [« Alerte aux kilonovae ! Hubble résout le mystère des sursauts gamma »], sur news.discovery.com, Discovery Communications, (consulté le )

Articles connexes

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