Kilonova et éléments

[Mercure 877]

Hello,

Grace à GW170817/GRB170817 nous savons que la formation des éléments lourds est trés probablement dûe à la coalescence de deux étoiles à neutrons qui entraîne un GRB court et une Kilonova, qui permet pendant quelques dizaines de secondes la formation des éléments lourds pour l'essentiel, voir même 100% des plus lourds comme l'uranium. Grace au processus R.

Cet apport extraordinaire de l'astronomie par les ondes gravitationnelles, confirmant la théorie, est saisissant par tout ce que cela implique.

 

Je me pose la question suivante, dont je ne trouve pas la réponse la plus formelle:

Comment sont dispersés dans l'espace lointain les éléments lourds formés? Le jet à l'origine du GRB se poursuit mais reste bref, contribut-il à cette dispersion, est-ce le souffle de la kilonova (ce que je suppose) ou bien un autre processus ensuite (ce qui me parait moins évident, le magnétar ou le trou noir résultant ayant évidemment une attraction phénoménale)?

 

Si vous avez des éléments, merci d'avance.

[dg2 2 042]

Il y a 12 heures, Mercure a dit :

Grace à GW170817/GRB170817 nous savons que la formation des éléments lourds est trés probablement dûe à la coalescence de deux étoiles à neutrons

 

On le savait je pense avant de l'observer. L'observation est plutôt à ranger du côté de la confirmation d'un phénomène qui faisait déjà largement consensus.

 

Il y a 12 heures, Mercure a dit :

Je me pose la question suivante, dont je ne trouve pas la réponse la plus formelle:

Comment sont dispersés dans l'espace lointain les éléments lourds formés? Le jet à l'origine du GRB se poursuit mais reste bref, contribut-il à cette dispersion, est-ce le souffle de la kilonova (ce que je suppose) ou bien un autre processus ensuite (ce qui me parait moins évident, le magnétar ou le trou noir résultant ayant évidemment une attraction phénoménale)?

 

Il n'y a pas de jet, ou pas de consensus sur l'existence d'un jet, dans une kilonova (cela concerne les sursauts gamma longs alors que les kilonovae sont les sursauts gamma courts). Ce sont les débris de la collision (de l'ordre de 1% de la masse totale, voire moins) qui sont éjectés et ce à une vitesse largement suffisante pour se disperser dans toute la galaxie, exactement comme dans une supernova classique pour laquelle la vitesse d'expansion des débris est nettement supérieure à la vitesse orbitale des étoiles autour de la galaxie, en tout cas avant de finir par être freinée par le milieu interstellaire.

 

Peut-être vous demandez-vous comment la matière peut-être éjectée malgré la force d'attraction du trou noir résultant. Mais il faut voir que la violence de la collision est elle-même proportionnée à cette attraction puisque les deux étoiles à neutrons se heurtent à une vitesse proche de celle de la lumière. Il n'y a donc rien d'anormal à ce qu'une partie de la matière se trouve éjectée. On peut voir cela d'une autre façon : l'énergie libérée par la collision est largement suffisante pour éjecter une partie de la matière (comme dans n'importe quel impact, en fait). La partie difficile est bien sûr de trouver combien et dans quelle direction (jet ou pas jet). Mais je ne crois pas qu'il y ait de raison fondamentale qui empêche une éjection dans toutes les directions, même si l'éjection ne sera pas isotrope pour autant.

Modifié 1 juillet 2021 par dg2

[Mercure 877]

Merci DG2, j'apprécie beaucoup.

L'explication sur l'éjection est très claire, je n'avais pas conscience de la vitesse quasi relativiste de la collision.

Sans en faire un débat, bien au-delà de mes compétences, j'ai appris que l'hypothèse du jet était vraie dans tous les GRB, courts et longs. En précisant que le jet émis lors de la collision précédait la kilonova de quelques secondes (GRB court, pour ceux qui nous lisent).

Votre remarque m'amène une autre question, y a-t-il des kilonova sans GRB, même si on ne les détecte pas parce que n'étant pas dans l'éventuel axe bien sûr?

Encore merci

[dg2 2 042]

Il y a 4 heures, Mercure a dit :

Sans en faire un débat, bien au-delà de mes compétences, j'ai appris que l'hypothèse du jet était vraie dans tous les GRB, courts et longs.

 

L'hypothèse existe, mais elle est loin de faire consensus. L'argument est assez simple : les GRBs longs sont détectés à de très grandes distances et leur luminosité est totalement incompatible avec une émission isotrope, donc il y a émission collimatée sans l'ombre d'un doute. Le mécanisme sous-jacent est celui d'un trou noir que se forme dans 'étoile, sans éjection de l'enveloppe, puis disque d'accrétion autour du trou noir (il y a toute la matière que l'on veut pour cela), donc jet qui transperce l'étoile, d'où collimation.

 

Le cas des GRB court est très différent. On ne les détecte qu'à des distances bien plus modérées ce qui est plutôt compatible avec une émission plus isotrope. Longtemps après le GRB il peut y avoir une partie de la matière qui retombe vers le trou noir formé (si c'en est un) et s'agglomère en un disque duquel part un double jet, mais ça n'est pas cela qui produit le GRB en lui-même ou sa contrepartie optique.

 

Il y a 4 heures, Mercure a dit :

y a-t-il des kilonova sans GRB, même si on ne les détecte pas parce que n'étant pas dans l'éventuel axe bien sûr?

 

Il est difficile de prétendre que quelque chose existe si on ne le détecte pas ! Mais on en saura plus si l'on détecte des événements en ondes gravitationnelles sans contrepartie optique mais pou l'instant ça n'est pas arrivé (fréquence trop faible pour la sensibilité actuelle, visiblement).

Modifié 1 juillet 2021 par dg2

[Mercure 877]

En premier lieu merci de l'explication en passant du jet des GRB longs, suite à l'hypernova. Je n'avais pas trouvé autant de précision, c'est impressionnant.

 

Sur les GRB courts je n'ai évidemment aucun avis n'étant absolument pas en capacité d'en construire un. S'ils ne sont pas isotropes, donc issus d'un jet, leur observation par nous doit être de moins d'un centième du nombre réel de GRB courts dans notre horizon visible (calcul à la trés trés grosse, ne sachant pas vraiment le degré de dispersion du jet, par définition limité). Peut-être y a-t-il là un moyen d'affiner l'hypothèse? Ce qui a surement déjà été fait sans que je ne l'ai trouvé ^^.