Sirènes cosmiques : comment les sursauts gamma révèlent les fusions d'étoiles express
Deux noyaux de neutrons entrent en collision, et l'espace autour d'eux tremble, comme la surface d'un étang après qu'on y a jeté une pierre. Ces frémissements sont captés par d'immenses détecteurs d'ondes gravitationnelles. Et si la collision éjecte un faisceau étroit de rayons gamma, les télescopes spatiaux l'observent sous la forme d'un sursaut gamma court.
Les deux signaux racontent le même événement, mais ils ne coïncident pas toujours en nombre. Les données récentes des détecteurs LIGO, Virgo et KAGRA ont montré moins de fusions d'étoiles à neutrons que ce que laissait attendre le nombre de sursauts gamma. Les astrophysiciens ont vérifié : peut-on expliquer la différence si les jets de plasma issus de la fusion ne partent pas dans toutes les directions, mais seulement sous un certain angle ?
Il s'avère que si plus de la moitié des fusions d'étoiles à neutrons produisent un jet avec un angle d'ouverture d'au moins 10 degrés, alors le nombre de sursauts gamma et de signaux gravitationnels concorde. En revanche, pour des jets étroits de 6 degrés, il faudrait que les sursauts gamma soient moins nombreux que ne le suggèrent certaines estimations.
Les fusions d'étoiles à neutrons avec des trous noirs contribuent également, mais de manière modeste — environ 6 à 16 % de tous les sursauts gamma courts. Elles ne peuvent pas expliquer les estimations les plus élevées de la fréquence des sursauts, mais elles ne contredisent pas non plus le tableau général.
Ainsi, pour l'instant, les données ne se contredisent pas. Les principales sources de sursauts gamma courts restent les fusions de deux étoiles à neutrons, et leurs jets sont plus souvent larges qu'étroits.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2604.05046
Gravitational wave (GW) and short Gamma Ray Burst (sGRB) observations provide us with complementary views of compact object mergers. The paucity of binary neutron star merger (BNS) detections in the latest LIGO/Virgo/KAGRA (LVK) observing run raises the question of whether the GW merger rates are sufficient to explain the observed sGRB rate with compact object mergers alone. We investigate this connection using the latest merger rate constraints from the fourth LVK observing run (O4) and published estimates of the local sGRB rate density. For an observed sGRB rate density of $$ \sim 1-7~\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$$, if $$>55\%$$ of BNS mergers can successfully launch a jet, we find that the current LVK BNS merger rate can be reconciled with a sGRB merger population containing a significant fraction of relatively wide jets with core half-opening angles $$\theta_j \geq 10^\circ$$. Meanwhile, a narrow jet population ($$\theta_j \sim 6^\circ$$) can only be matched with the O4 neutron star merger rate estimates for an observed sGRB rate density of $$\lesssim 1~\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$$, which is broadly consistent with several of the latest available estimates. We also find that neutron star-black hole mergers (NSBH) are expected to be a subdominant component of the sGRB population compared to BNS mergers, and they cannot help reconcile some of the highest available sGRB rate ($$ >7~\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$$) with the GW rate estimates. However, they can still substantially contribute to the sGRB population, comprising $$\sim 6-16\%$$ of it for an observed sGRB rate density of $$\sim 1-3~\mathrm{Gpc^{-3}\,yr^{-1}}$$. Overall, our results indicate that present GW and sGRB observations remain broadly consistent with BNS mergers as the main progenitors of sGRBs.
Un sursaut gamma court dure moins de deux secondes, mais pendant ce temps, il libère autant d'énergie que le Soleil en émettra pendant toute sa vie.
Dans le film « Interstellar », la fusion de trous noirs génère des ondes gravitationnelles que les héros utilisent pour communiquer — un principe similaire sous-tend les observations des fusions d'étoiles à neutrons.