Un éclat très rare et particulier de lumière ultra-brillante dans l'univers est devenu encore plus particulier grâce à l'Eagle Eye du télescope spatial Hubble de la NASA. Le phénomène, connu sous le nom de Luminous Fast Blue Transient (LFBOT), apparaît de manière inattendue loin de toute galaxie. Seul Hubble peut localiser son emplacement. Les résultats n’ont fait que laisser les astronomes encore plus confus. Premièrement, ils ne savent pas ce que sont les LFBOT. Les résultats de Hubble montrent qu'ils excluent certaines théories possibles et qu'ils en savent encore moins.
LFBOT est l’un des événements de lumière visible les plus brillants connus dans l’univers – une explosion soudaine semblable à celle d’un flash d’appareil photo. Depuis sa première découverte en 2018, seule une poignée d'entre elles ont été découvertes - un événement situé à environ 200 millions d'années-lumière et surnommé "La Vache". Actuellement, le LFBOT est détecté une fois par an.
Après la première détection du LFBOT, plusieurs télescopes l’ont observé sur tout le spectre électromagnétique, des rayons X aux ondes radio. Nommé AT2023fhn et surnommé « Finch », ce bref événement présentait toutes les caractéristiques révélatrices du LFBOT. Elle brille d’une lumière bleue intense, évolue rapidement et atteint un pic de luminosité avant de s’estomper en quelques jours, contrairement aux supernovae, qui mettent des semaines ou des mois à s’atténuer.
Mais contrairement à tout autre LFBOT vu auparavant, Hubble a trouvé Finch situé entre deux galaxies voisines : une galaxie spirale proche à environ 50 000 années-lumière et une galaxie plus petite à environ 15 000 années-lumière.
L'image intitulée « AT2023fhnHSTWFC3/UVIS », avec une clé de couleur, une barre d'échelle et des flèches de boussole, montre trois galaxies sur un fond spatial noir et velouté. La plus grande est la galaxie spirale blanche et bleue au centre de l’image. Les deux plus petites galaxies sont les taches blanches à gauche. Une étrange tache blanche avec un pointeur rouge près du haut de l'image est la lumière éblouissante de l'explosion d'un objet inconnu, mais n'est associée à aucune galaxie. Crédit image : NASA, ESA, STScI, AshleyChrimes (ESA-ESTEC/Radbroud University)
"Les observations de Hubble ont été vraiment critiques. Elles nous ont fait réaliser que cet objet était inhabituel par rapport à d'autres objets similaires, car sans les données de Hubble, nous ne le saurions pas du tout", a déclaré Ashley Christmas, auteur principal d'un article sur Hubble qui sera publié dans les prochains avis mensuels de la Royal Astronomical Society (MNRAS). Il est également chercheur à l'Agence spatiale européenne et a travaillé à l'Université Radboud de Nimègue, aux Pays-Bas.
Alors que ces horribles explosions ont longtemps été considérées comme un type rare de supernova connu sous le nom de supernova à effondrement du noyau, les étoiles massives qui deviennent supernova ont une durée de vie de courte durée selon les normes stellaires. Par conséquent, les énormes étoiles primordiales n’ont pas le temps de s’éloigner trop de leur lieu de naissance – la population d’étoiles nouveau-nées – avant d’exploser. Tous les LFBOT précédents ont été trouvés dans les bras spiraux de galaxies où la naissance d'étoiles est en cours, mais Finch ne se trouve dans aucune galaxie.
"Plus nous en apprenons sur les LFBOT, plus ils nous surprennent", a déclaré Klems. "Nous avons maintenant montré que les LFBOT peuvent se produire loin des centres des galaxies les plus proches, et l'emplacement de Finch ne correspond pas à ce que nous attendrions d'un quelconque type de supernova."
La Zwicky Transient Facility, une caméra au sol ultra grand angle qui balaye l'ensemble du ciel nordique tous les deux jours, a alerté pour la première fois les astronomes de « Finch » le 10 avril 2023. Après sa découverte, les chercheurs ont lancé des programmes d'observation pré-planifiés qui restent en veille, prêts à tourner rapidement leur attention vers tout candidat potentiel au LFBOT.
Des mesures spectroscopiques effectuées à l'aide du télescope Gemini South au Chili ont révélé que Finch avait une température pouvant atteindre 36 000 degrés Fahrenheit. Le télescope Gemini a également permis de déterminer sa distance à la Terre, permettant ainsi de calculer sa luminosité. Ces résultats, ainsi que les données d'autres observatoires, notamment l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA et le radiotélescope au sol Very Large Array de la National Science Foundation, confirment que l'explosion était bien une explosion céleste à basse fréquence.
Une théorie est que les LFBOT pourraient être le résultat d’étoiles avalées par des trous noirs de masse intermédiaire (entre 100 et 1 000 masses solaires). La haute résolution et la sensibilité infrarouge du télescope spatial James Webb de la NASA pourraient éventuellement être utilisées pour découvrir que Fincher a explosé au sein d'un amas d'étoiles globulaires dans le halo externe de l'une des deux galaxies voisines. Les amas d’étoiles globulaires sont les endroits les plus susceptibles de trouver des trous noirs de masse intermédiaire.
Pour expliquer la position inhabituelle de Finch, les chercheurs envisagent la possibilité qu'elle soit le résultat d'une collision entre deux étoiles à neutrons qui, loin de leurs galaxies hôtes, sont en spirale l'une vers l'autre depuis des milliards d'années. Cette collision crée une kilonova, une explosion 1 000 fois plus puissante qu'une supernova ordinaire. Cependant, une théorie très spéculative est que si l’une des étoiles à neutrons était fortement magnétisée – un magnétar – cela amplifierait considérablement la puissance de l’explosion, la rendant jusqu’à 100 fois plus brillante qu’une supernova normale.
"Cette découverte soulève bien plus de questions qu'elle n'en répond", a déclaré Krismus. "Nous devons faire davantage de travail pour trouver la bonne explication parmi les nombreuses explications possibles."
Étant donné que les transitoires astronomiques peuvent se produire à tout moment et n'importe où et sont de relativement courte durée en termes astronomiques, les chercheurs doivent s'appuyer sur des relevés du ciel à grand champ qui surveillent en permanence de vastes zones du ciel pour les détecter et alerter d'autres observatoires tels que Hubble pour qu'ils effectuent des observations de suivi.
Les chercheurs affirment que pour mieux comprendre le phénomène, davantage d’échantillons sont nécessaires. Les prochains télescopes d'étude du ciel, tels que l'observatoire au sol Vera C. Rubin, pourraient être capables de détecter encore plus de phénomènes, en fonction de l'astrophysique qui les sous-tend.