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Le sursaut gamma le plus puissant jamais découvert dans l’univers

Nathalie Mayer
Le sursaut gamma le plus puissant jamais découvert dans l’univers

Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes que l'on puisse observer dans notre univers. Ce n'est pas une nouveauté. Mais aujourd'hui, des astronomes annoncent avoir enregistré des sursauts gamma d'une énergie record.

Environ une fois par jour, quelque part dans notre univers, se produit ce que les astronomes appellent un sursaut gamma. Un flash de photons très bref, mais extrêmement énergétique. Les chercheurs pensent que ces flashs trahissent la naissance cataclysmique d'un trou noir suite à des collisions d'étoiles à neutrons ou à des explosions de supernova. Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes que les astronomes connaissent. Ils libèrent généralement plus d'énergie en quelques secondes que notre Soleil durant toute sa vie.

Le saviez-vous ?

Les sursauts gamma ont été découverts dans les années 1960. Par des satellites destinés à surveiller le respect de l’interdiction des essais nucléaires sur Terre…

Mais leur détection reste délicate. Elle s'est, jusqu'à aujourd'hui, essentiellement faite grâce aux télescopes spatiaux. Malheureusement, leurs détecteurs ne sont pas sensibles aux rayons gamma de très haute énergie. Et personne ne savait donc réellement à quel point ils pouvaient être puissants. Jusqu'à ce qu'il y a quelques mois, plusieurs équipes internationales, comportant des chercheurs du CNRS, détectent enfin -- et de marnière indépendante -- des sursauts gamma d'une extrême énergie.

Pour bien comprendre l’énergie colossale détectée par les chercheurs, sachez que la lumière visible se situe sur une plage d’énergie d’environ 1 à 3 électrons-volts. © Desy, Science Communication Lab

Un premier sursaut gamma à l’été 2018

Alertés par des observations de deux télescopes spatiaux de la Nasa, Swift et Fermi, des astronomes opérant en juillet 2018 le High Energy Stereoscopic System (HESS), installé en Namibie, ont été les premiers à détecter, depuis le sol, des rayons gamma de haute énergie issus d'un événement baptisé GRB 180720B et survenu à pas moins de six milliards d'années-lumière de notre Terre. Près de 120 photons ont été enregistrés à une énergie comprise entre 100 et 440 GeV -- soit entre 100 et 440 milliards d'électrons-volts. Captés, qui plus est, près de dix heures après le déclenchement du sursaut gamma et pendant une durée de deux heures.

De quoi prouver pour la première fois la présence de particules accélérées à des énergies extrêmes dans les sursauts gamma. Mais aussi de mettre en évidence que ces particules existent encore, ou sont créées, longtemps après le sursaut initial. L'hypothèse la plus vraisemblable est que l'explosion initiale engendre la formation d'un jet de plasma qui, lorsqu'il rencontre le milieu interstellaire, ralentit et crée une onde de choc qui agit alors comme un « accélérateur de particules cosmique ».

Les chercheurs pensent ainsi que des particules chargées sont déviées dans les champs magnétiques puissants générés par l'explosion. Elles émettent alors un rayonnement dit synchrotron, semblable au rayonnement produit dans les accélérateurs de particules sur Terre. Pour atteindre les niveaux d'énergie détectés en juillet 2018 par les astronomes, les photons synchrotron entrent probablement en collision avec les particules rapides qui les ont générés, dans une étape qualifiée de diffusion de Compton inverse.

Un des sursauts gamma de très haute énergie, tels que vus par le réseau de télescopes HESS. La croix rouge indique la position du sursaut, déterminée à partir des mesures en optique. © Abdalla et al., HESS Collaboration

 

 

 

 

 

 

 

 

Un des sursauts gamma de très haute énergie, tels que vus par le réseau de télescopes HESS. La croix rouge indique la position du sursaut, déterminée à partir des mesures en optique. © Abdalla et al., HESS Collaboration

Mieux comprendre ces phénomènes extrêmes

Les chercheurs du Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov Telescope (Magic) de La Palma (Espagne) ont, quant à eux, enregistré, en janvier 2019, des rayons issus d'un autre sursaut gamma, baptisé GRB 190114C et survenu à quelque quatre milliards d'années-lumière de nous. « Nous avons commencé à observer l'événement seulement 57 secondes après sa détection initiale et en 20 minutes, nous avons enregistré environ mille photons d'énergies comprises entre 0,2 et 1 TeV -- soit entre 200 et 1.000 milliards d'électrons-volts. Ce sont de loin les photons les plus énergétiques jamais découverts autour d'un sursaut gamma », raconte Cosimo Nigro, un astronome du groupe Magic.

Pour comprendre l'origine de tels photons, une troisième équipe a choisi d'étudier la région à l'aide du télescope spatial Hubble. Une région dans laquelle se trouvent deux galaxies en interaction. « Nos observations suggèrent que l'événement s'est produit au centre d'une galaxie massive et brillante, dans un environnement très dense », explique Andrew Levan, astronome à l'université Radboud (Pays-Bas). « C'est inhabituel et cela pourrait expliquer la puissance de l'émission. »

Au-delà de cela, les astronomes se sont aussi aperçus qu'il leur manquait auparavant environ la moitié du « budget énergétique » des sursauts gamma. Car les mesures montrent que l'énergie libérée dans les rayons gamma de très haute énergie est comparable à la quantité de rayonnement émise à toutes les énergies inférieures prises ensemble. Un résultat qualifié de « remarquable » par les chercheurs. Et de quoi probablement faire progresser la compréhension qu'ils ont de ce type de phénomène violent. Avant même la mise en service de la prochaine génération d'observatoires à rayons gamma comme le Cherenkov Telescope Array qui sera constitué de 100 instruments répartis sur deux sites, l'un dans l'hémisphère nord, à La Palma, et l'autre dans l'hémisphère sud, du côté du Cerro Paranal (Chili). Ses premières observations ne devraient toutefois pas intervenir avant 2023.

CE QU'IL FAUT RETENIR

Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes de notre univers.

Et des astronomes viennent d’enregistrer, autour de deux de ces événements, des énergies record.

De quoi éclairer d’un nouveau jour les mécanismes de ces phénomènes violents.

 

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