Le 7 mars 2023, un sursaut gamma d'une intensité rare, le GRB 230307A, a permis aux astronomes d'observer le signal distinctif d'un magnétar nouveau-né. Cette découverte, fruit d'une collaboration internationale impliquant l'Université de Hong Kong, l'Université de Nanjing et l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences, a révélé le « battement de cœur » d'une étoile à neutrons ultra-magnétisée en rotation rapide.
Les sursauts gamma (GRB) sont les explosions les plus énergétiques connues dans l'univers. Traditionnellement, ils sont classés en deux catégories: les sursauts de courte durée, associés aux fusions d'étoiles à neutrons, et les sursauts de longue durée, liés à l'effondrement d'étoiles massives. Cependant, GRB 230307A, d'une durée de 200 secondes, présentait des caractéristiques typiques d'une fusion d'étoiles à neutrons, tout en affichant une durée inhabituellement longue.
L'analyse des données a permis de détecter une oscillation périodique de 909 Hz, d'une durée de 160 millisecondes. Ce signal, décrit comme le « premier battement de cœur d'une étoile nouveau-née », indique la formation d'un « magnétar de seconde », une étoile à neutrons en rotation extrêmement rapide et dotée d'un champ magnétique colossal. Cette observation directe constitue une avancée majeure, fournissant la preuve la plus claire à ce jour que les magnétars peuvent alimenter certaines des explosions les plus lumineuses de l'univers.
La présence d'un moteur magnétar dans les fusions d'étoiles compactes suggère que l'équation d'état de la matière des étoiles à neutrons est relativement « rigide ». De plus, l'association avec une kilonova régulière indique que l'injection d'énergie dans les éjectas par le moteur magnétar est modérée. Cette découverte remet également en question les modèles actuels qui peinent à générer un jet relativiste à partir de magnétars nouvellement formés.
Cette observation marque la première fois qu'une fusion d'objets compacts est détectée simultanément en rayons X et gamma, offrant des perspectives précieuses sur la physique des sursauts gamma et la formation des magnétars. L'essor d'instruments tels que la sonde Einstein, lancée le 9 janvier 2024, pourrait, à l'avenir, permettre de détecter d'autres événements similaires, enrichissant notre compréhension de la phase d'émission rapide des GRB. La nature de la matière au cœur des étoiles à neutrons, bien que dense, reste un sujet d'étude, avec des hypothèses allant d'un superfluide de neutrons à des quarks étranges, l'équation d'état décrivant la relation entre pression et densité étant cruciale pour affiner ces modèles.
La publication de cette étude dans la revue Nature Astronomy en 8 novembre 2023 confirme l'importance de cette découverte pour la communauté scientifique internationale. Les collaborations entre institutions comme l'Université de Hong Kong, l'Université de Nanjing et l'Institut de physique des hautes énergies de l'Académie chinoise des sciences sont essentielles pour repousser les frontières de notre connaissance de l'univers.