Les premières preuves de cette possible rareté sont apparues le 18 août 2025, lorsque les deux détecteurs de LIGO en Louisiane et dans l’État de Washington, ainsi que Virgo en Italie, ont capté un nouveau signal d’ondes gravitationnelles. En quelques minutes, l’équipe qui exploite les détecteurs d’ondes gravitationnelles (une collaboration internationale qui inclut également l’organisation gérant le détecteur KAGRA au Japon) a envoyé une alerte à la communauté astronomique pour l’informer que des ondes gravitationnelles avaient été enregistrées, provenant apparemment d’une fusion entre deux objets, dont au moins un était inhabituellement petit. L’alerte comprenait une carte approximative de la localisation de la source.
« Bien que moins fiable que certaines de nos alertes, celle-ci a rapidement attiré notre attention en tant que candidat événement potentiellement très intrigant », explique David Reitze, le directeur exécutif de LIGO et professeur de recherche à Caltech. « Nous continuons d’analyser les données, et il est clair qu’au moins l’un des objets en collision est moins massif qu’une étoile à neutrons typique. »
Quelques heures plus tard, le Zwicky Transient Facility (ZTF), une caméra de surveillance à l’observatoire Palomar, a été le premier à localiser un objet rouge s’estompant rapidement à 1,3 milliard d’années-lumière, que l’on pense originaire du même endroit que la source des ondes gravitationnelles. L’événement, initialement nommé ZTF 25abjmnps, a ensuite été renommé AT2025ulz par le serveur de noms transitoires de l’Union astronomique internationale.
Une douzaine d’autres télescopes ont pointé leur objectif vers la cible pour en apprendre davantage, notamment l’observatoire W. M. Keck à Hawaï, le télescope Fraunhofer de l’observatoire Wendelstein en Allemagne, et une série de télescopes à travers le monde qui faisaient auparavant partie du programme GROWTH (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen) (ou Relais mondial d’observatoires surveillant les phénomènes transitoires), dirigé par Kasliwal.
Les observations ont confirmé que l’éruption lumineuse s’était estompée rapidement et brillait à des longueurs d’onde rouges, tout comme GW170817 l’avait fait huit ans plus tôt. Dans le cas de la kilonova GW170817, les couleurs rouges provenaient d’éléments lourds comme l’or ; ces atomes ont plus de niveaux d’énergie électronique que les éléments plus légers, ils bloquent donc la lumière bleue mais laissent passer la lumière rouge.
Puis, des jours après l’explosion, AT2025ulz a recommencé à s’éclaircir, à devenir bleu et à montrer de l’hydrogène dans ses spectres, tous signes d’une supernova et non d’une kilonova (plus précisément une supernova à effondrement de cœur à enveloppe dépouillée). On ne s’attend généralement pas à ce que les supernovae de galaxies lointaines génèrent suffisamment d’ondes gravitationnelles pour être détectables par LIGO et Virgo, contrairement aux kilonovae. Cela a conduit certains astronomes à conclure qu’AT2025ulz avait été déclenchée par une supernova typique et banale et n’était, en fait, pas liée au signal d’ondes gravitationnelles.
Que se passe-t-il ?
Kasliwal affirme que plusieurs indices lui ont indiqué qu’un événement inhabituel s’était produit. Bien qu’AT2025ulz ne ressemblait pas à la kilonova classique GW170817, elle ne ressemblait pas non plus à une supernova moyenne. De plus, les données d’ondes gravitationnelles de LIGO–Virgo avaient révélé qu’au moins l’une des étoiles à neutrons dans la fusion était moins massive que notre Soleil, un indice qu’une ou deux petites étoiles à neutrons auraient pu fusionner pour produire une kilonova.
Les étoiles à neutrons sont les restes d’étoiles massives qui explosent en supernovae. On pense qu’elles ont à peu près la taille de San Francisco (environ 25 kilomètres de diamètre) avec des masses allant de 1,2 à environ trois fois celle de notre Soleil. Certains théoriciens ont proposé des façons dont les étoiles à neutrons pourraient être encore plus petites, avec des masses inférieures à celle du Soleil, mais aucune n’a été observée jusqu’à présent. Les théoriciens invoquent deux scénarios pour expliquer comment une étoile à neutrons pourrait être aussi petite. Dans l’un, une étoile massive en rotation rapide devient une supernova, puis se divise en deux minuscules étoiles à neutrons sous-solaires dans un processus appelé fission.
Dans le second scénario, appelé fragmentation, l’étoile en rotation rapide devient à nouveau une supernova, mais, cette fois, un disque de matière se forme autour de l’étoile en effondrement. La matière grumeleuse du disque se coalesce en une minuscule étoile à neutrons d’une manière similaire à la formation des planètes.
LIGO et Virgo ayant détecté au moins une étoile à neutrons sous-solaire, il est possible, selon les théories proposées par le co-auteur Brian Metzger de l’Université Columbia, que deux étoiles à neutrons nouvellement formées aient spiralé l’une vers l’autre et se soient écrasées, éruptant en une kilonova qui a envoyé des ondes gravitationnelles se propager à travers le cosmos. Alors que la kilonova produisait des métaux lourds, elle aurait initialement brillé d’une lumière rouge comme l’ont observé le ZTF et d’autres télescopes. Les débris en expansion de l’explosion initiale de la supernova auraient obscurci la vue des astronomes sur la kilonova.
En d’autres termes, une supernova aurait pu donner naissance à des étoiles à neutrons jumelles qui auraient ensuite fusionné pour créer une kilonova.
« La seule façon que les théoriciens aient trouvée pour donner naissance à des étoiles à neutrons sous-solaires est pendant l’effondrement d’une étoile en rotation très rapide », déclare Metzger. « Si ces étoiles ‘interdites’ s’apparient et fusionnent en émettant des ondes gravitationnelles, il est possible qu’un tel événement soit accompagné d’une supernova plutôt que d’être vu comme une kilonova nue. »
Mais bien que cette théorie soit séduisante et intéressante à considérer, l’équipe de recherche souligne qu’il n’y a pas assez de preuves pour affirmer quoi que ce soit de ferme.
La seule façon de tester la théorie des superkilonovae est d’en trouver davantage. « Les futurs événements de kilonovae pourraient ne pas ressembler à GW170817 et être confondus avec des supernovae », indique Kasliwal. « Nous pouvons rechercher de nouvelles possibilités dans des données comme celles-ci provenant du ZTF ainsi que de l’observatoire Vera Rubin, et des projets à venir tels que le télescope spatial Nancy Roman de la NASA, l’UVEX de la NASA [dirigé par Fiona Harrison de Caltech], le Deep Synoptic Array-2000 de Caltech et le Cryoscope de Caltech en Antarctique. Nous ne savons pas avec certitude que nous avons trouvé une superkilonova, mais l’événement est néanmoins révélateur. »
L’article, intitulé « ZTF25abjmnps (AT2025ulz) and S250818k: A Candidate Superkilonova from a Sub-threshold Sub-Solar Gravitational Wave Trigger », a été financé par la Gordon and Betty Moore Foundation, la Knut and Alice Wallenberg Foundation, la National Science Foundation (NSF), la Simons Foundation, le US Department of Energy, une bourse postdoctorale McWilliams et l’Université de Ferrare en Italie. Les autres auteurs de Caltech incluent Tomás Ahumada (maintenant au NOIRLab, Chili), Viraj Karambelkar (maintenant à l’Université Columbia), Christoffer Fremling, Sam Rose, Kaustav Das, Tracy Chen, Nicholas Earley, Matthew Graham, George Helou et Ashish Mahabal.
Source : Caltech
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