Une collision d’étoiles à neutrons a brillé 10 minutes en rayons X, pas une demi-seconde

Les collisions d’étoiles à neutrons se signalent habituellement en moins de deux secondes : un pic de rayons gamma, puis une rémanence qui s’estompe. Une collision située à six milliards d’années-lumière a suivi ce scénario pendant moins d’une demi-seconde. Puis, au lieu de se taire, elle a continué à émettre des rayons X pendant près de dix minutes.

Le satellite Einstein Probe de la Chine a capté toute la séquence, et il s’agit de l’éclair X prompt le plus long jamais enregistré lors d’une fusion d’étoiles à neutrons. L’équipe internationale à l’origine de l’étude, qui fait la une du journal Science Bulletin, soutient que ces minutes supplémentaires proviennent de ce qui est resté après la collision. Le coupable le plus plausible est un magnétar, une étoile à neutrons nouveau-née tournant rapidement et dotée d’un champ magnétique assez puissant pour continuer à injecter de l’énergie dans l’explosion. S’ils ont raison, les observatoires de rayons gamma n’auraient capté que le premier battement de ces collisions.

Cela importe bien au-delà d’un seul événement. Les fusions d’étoiles à neutrons sont l’endroit où l’univers forge des éléments lourds comme l’or et le platine, et elles secouent l’espace-temps assez fort pour que les détecteurs d’ondes gravitationnelles sur Terre le ressentent. Ce qui survit à la collision, un trou noir ou une étoile à neutrons super-magnétisée, indique aux physiciens jusqu’à quelle quantité de matière peut être compressée avant que la gravité ne l’emporte.

Comment un sursaut d’une demi-seconde s’est transformé en dix minutes

L’événement porte deux noms, EP250704a en rayons X et GRB 250704B en rayons gamma, car trois engins spatiaux l’ont vu simultanément. La mission franco-chinoise SVOM et l’observatoire Insight-HXMT de la Chine ont enregistré l’éclair gamma, tandis que le télescope à rayons X à grand champ d’Einstein Probe observait le même point dans les rayons X mous, de plus faible énergie.

La plupart des télescopes X ont un champ de vision étroit et ne se tournent vers un sursaut qu’après qu’un détecteur gamma a donné l’alerte, de sorte que les premiers rayons X ont généralement disparu au moment où ils regardent. Einstein Probe utilise une optique à œil de homard qui scrute en continu une grande partie du ciel, ce qui signifie qu’il était déjà en train d’observer lorsque la collision s’est produite.

« L’événement est d’abord apparu comme un sursaut gamma court ordinaire, produisant un éclair brillant durant moins d’une demi-seconde », a déclaré An Li, doctorant à l’Université normale de Pékin, qui était de service en tant que responsable des transitoires de la mission. « Cependant, au lieu de s’estomper, la source a continué à émettre des épisodes de rayons X mous pendant près de dix minutes. »

La course pour identifier la source est revenue à Niccolò Passaleva, doctorant dans le groupe d’Eleonora Troja à l’Université de Rome Tor Vergata. « Je rentrais chez moi en train, et tout à coup je me suis précipité contre la montre pour prendre le contrôle de l’un des plus grands télescopes du monde depuis mon ordinateur portable », a-t-il raconté. En quelques minutes, le Very Large Telescope de l’Observatoire européen austral au Chili était pointé vers la lueur qui s’estompait.

Son spectrographe X-Shooter a décomposé la lumière en ses couleurs et a trouvé des raies d’absorption qui ont donné un décalage vers le rouge de 0,661, une mesure de l’étirement de la lumière par l’expansion de l’univers sur son chemin. Cela place l’explosion à plus de six milliards d’années-lumière : elle s’est produite avant que le Soleil et ses planètes n’existent.

Pourquoi ce n’était pas une étoile mourante

Les longs éclairs X ne sont pas nouveaux en eux-mêmes. Les étoiles massives qui s’effondrent en fin de vie produisent également des sursauts durables, et ces morts s’accompagnent d’une supernova. L’équipe a donc utilisé la caméra FORS2 du VLT pour en chercher une dans des images profondes de la galaxie hôte. Ils n’ont rien trouvé.

La distance, l’absence de supernova et les propriétés du sursaut pointent ensemble vers une fusion d’objets compacts, le terme générique pour les étoiles à neutrons et les trous noirs. Les rayons X se sont également comportés d’une manière que le modèle théorique ne peut expliquer. Au lieu d’un pic dur provenant de la matière tombant sur le vestige, suivi d’une rémanence qui s’estompe doucement de l’explosion en expansion, l’émission a scintillé et changé de spectre pendant des minutes. Selon l’équipe, ce motif signifie que le moteur central lui-même a continué à fonctionner longtemps après l’arrêt des rayons gamma.

« Une explication plausible est que la fusion a produit une étoile à neutrons en rotation rapide et hautement magnétisée, connue sous le nom de magnétar, qui a alimenté l’émission X prolongée et l’injection d’énergie continue », a déclaré Yi-Han Iris Yin, doctorante à l’Université de Hong Kong, qui a dirigé l’analyse de l’émission à haute énergie.

0,4 seconde de rayons gamma, 560 secondes de rayons X

Ces chiffres expliquent pourquoi les astronomes ont manqué cette phase. L’éclair gamma a duré environ 0,4 seconde. Les rayons X mous ont duré environ 560 secondes, soit environ 1 400 fois plus longtemps. Des travaux antérieurs avaient déduit qu’environ 30 % des sursauts gamma courts pourraient cacher une phase X pilotée par le moteur d’environ 100 secondes, à en juger par la rapidité avec laquelle leurs rémanences s’estompaient, mais personne n’en avait vu directement. Celui-ci a duré plus de cinq fois plus longtemps que ces estimations.

« Bien que cette émission de longue durée transportait une énergie substantielle, son spectre était si mou que, pour un sursaut à cette distance cosmologique typique, il serait resté en dessous du seuil de détection des instruments gamma conventionnels, comme le Burst Alert Telescope de Swift », a déclaré Bin-Bin Zhang de l’Université de Nankin, co-auteur correspondant. En d’autres termes, les missions précédentes auraient enregistré un sursaut d’une demi-seconde parfaitement ordinaire.

Un magnétar correspondrait à ce comportement. Une étoile à neutrons concentre plus de masse que le Soleil dans une boule d’environ 20 kilomètres de diamètre, à peu près la taille d’une ville, et le champ magnétique d’un magnétar est environ mille fois plus fort que celui d’une étoile à neutrons ordinaire. « Les magnétars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide avec d’énormes champs magnétiques. Lorsqu’ils dissipent leur puissance magnétique dans l’environnement, ils peuvent rendre toute explosion plus brillante et plus durable », a déclaré Troja, qui figure parmi les auteurs correspondants de l’article. « Quand j’ai vu les données X de ce nouvel événement, j’ai compris que quelque chose clochait. »

Ce que cela ne tranche pas

Le magnétar est une interprétation, pas une observation. Les chercheurs le considèrent comme l’explication la plus plausible, et le titre même de l’article est prudent, parlant d’une « fusion d’objets compacts » plutôt que de nommer la paire. Une étoile à neutrons entrant en collision avec un trou noir relève également de ce terme.

Il n’y a pas de signal d’onde gravitationnelle pour trancher la question. À six milliards d’années-lumière, la collision se trouvait bien au-delà de la portée des détecteurs actuels, qui ne peuvent entendre les fusions d’étoiles à neutrons que jusqu’à quelques centaines de millions d’années-lumière. L’argument en faveur d’une fusion repose sur l’absence de supernova et sur les propriétés du sursaut, qui sont des preuves solides mais indirectes.

C’est aussi un événement unique. Les candidats précédents s’estompaient trop vite pour être analysés, donc personne ne sait encore combien de sursauts courts cachent une phase X, ou combien laissent un magnétar plutôt qu’un trou noir. L’équipe soupçonne que le phénomène est courant ; seul un échantillon plus large pourra le montrer.

Questions fréquentes sur les fusions d’étoiles à neutrons et les magnétars

Qu’est-ce qu’un magnétar ?

Un magnétar est une étoile à neutrons dotée d’un champ magnétique extrême, environ mille fois plus fort que celui d’une étoile à neutrons ordinaire. Les jeunes magnétars tournent rapidement, et en perdant de l’énergie magnétique, ils peuvent alimenter leur environnement, rendant une explosion plus brillante et plus durable.

Qu’est-ce qu’un sursaut gamma court ?

Un sursaut gamma court est un éclair de rayonnement à haute énergie durant moins d’environ deux secondes. On pense que la plupart proviennent de collisions entre deux étoiles à neutrons ou entre une étoile à neutrons et un trou noir. Les sursauts plus longs proviennent généralement de l’effondrement d’étoiles massives et s’accompagnent d’une supernova.

À quelle distance se trouvait cette collision d’étoiles à neutrons ?

La lumière a voyagé pendant plus de six milliards d’années pour atteindre la Terre. L’équipe a mesuré un décalage vers le rouge de 0,661 avec le spectrographe X-Shooter du Very Large Telescope, ce qui signifie que l’explosion a eu lieu avant la formation du Soleil et des planètes.

Qu’est-ce qu’Einstein Probe ?

Einstein Probe est un télescope spatial à rayons X dirigé par la Chine, construit avec des partenaires dont l’Agence spatiale européenne et l’Institut Max Planck de physique extraterrestre en Allemagne. Son télescope à grand champ scrute de vastes zones du ciel en rayons X mous et a détecté des centaines de brefs éclairs X provenant de galaxies lointaines.

Quelle est la suite ?

L’événement a été détecté le 4 juillet 2025, et l’article est paru dans Science Bulletin en 2026. Einstein Probe, en orbite depuis janvier 2024, continue de scruter le ciel, et chaque nouvel éclair X rapide avec une distance mesurée s’ajoute à l’échantillon dont l’équipe a besoin.

L’objectif plus large est une coïncidence avec les ondes gravitationnelles. Depuis 2017, lorsqu’une fusion d’étoiles à neutrons a été observée à la fois en ondes gravitationnelles et en lumière pour la première fois, les astronomes cherchent d’autres signaux pouvant voyager en même temps que ces ondulations. « Je suis vraiment enthousiaste à l’idée de la prochaine campagne d’observations d’ondes gravitationnelles, où nous pourrions enfin associer l’un de ces éclairs X à un sursaut d’ondes gravitationnelles provenant de la même source », a déclaré Passaleva. Une fusion plus proche captée dans les deux montrerait exactement ce que la collision a laissé derrière elle.

Référence : Li, Wang, Passaleva, An et al., « Minutes-long soft X-ray prompt emission from a compact object merger », Science Bulletin, 2026. DOI : 10.1016/j.scib.2026.08.021

Étiquettes: astronomy, magnetar, Very Large Telescope, Einstein Probe, Eleonora Troja, étoiles à neutrons