JWST : Détection d’un élément lourd en provenance d’une fusion d’étoiles

Alors que les fusions d’étoiles à neutrons ont longtemps été théorisées comme étant les cocottes-minute idéales pour créer certains des éléments les plus rares et les plus lourds connus aujourd’hui, les astronomes ont rencontré jusqu’ici un certain nombre d’obstacles pour obtenir des preuves solides. Les sursauts gamma courts1 et les kilonovae, que l’on attribue généralement à l’explosion produite par ces fusions d’astres compacts, sont en effet des phénomènes extrêmement rares, ce qui les rend difficilement observables. Dans ce contexte, le cas du GRB 230307A est particulièrement remarquable. Détecté pour la première fois par le télescope spatial Fermi de la NASA le 7 mars 2023, il s’agit du deuxième GRB le plus brillant observé en plus de 50 ans d’observations, environ 1 000 fois plus lumineux qu’un sursaut gamma typique observé par Fermi. Il a également duré 200 secondes. Ceci le place dans la catégorie des sursauts gamma de longue durée provenant en principe de l’effondrement d’une étoile massive, malgré son origine différente.

La collaboration de nombreux télescopes au sol et dans l’espace a permis à une équipe de recherche, incluant des scientifiques du CNRS-INSU, de rassembler une mine d’informations sur cet événement dès la première détection de l’explosion. Après celle-ci, une série intensive d’observations a été menée pour localiser la source dans le ciel et suivre l’évolution de sa luminosité. Ces observations dans les rayons gamma, les rayons X, l’optique, l’infrarouge et la radio ont montré que la contrepartie optique/infrarouge était de faible intensité et qu’elle évoluait rapidement dans le temps, en passant du bleu au rouge avec toutes les caractéristiques d’une kilonova. Le spectre de la source obtenu grâce au JWST présente également de larges raies qui montrent que le matériau est éjecté à grande vitesse, avec une signature très claire : la présence du tellure, un élément plus rare que le platine sur Terre. Les capacités infrarouges très sensibles de Webb ont aussi aidé les scientifiques à identifier l’« adresse cosmique » des deux étoiles à neutrons qui ont créé la kilonova : une galaxie spirale située à environ 120 000 années-lumière du site où s’est produit la fusion.

Ce contexte sera enrichi, à partir du printemps 2024, de la mission sino-française SVOM, dédiée à la détection, localisation et étude des sursauts gamma.

• 1Traditionnellement considérés comme ceux durant moins de deux secondes.