Astronomie des rayons gamma : le bon, la brute et le truand

Les sursauts de rayons gamma ont été une source constante d'excitation depuis qu'ils ont été découverts dans les années 1960 par des satellites militaires américains à la recherche de preuves d'essais secrets d'armes nucléaires.

Lorsqu'elles illuminent le ciel, les sursauts gamma sont les objets les plus brillants de l'Univers. Ils émettent tellement de lumière que les astronomes pensent qu'elle doit être collimatée d'une manière ou d'une autre, sinon l'émission totale ne pourrait pas provenir d'un phénomène astrophysique actuellement compris. En l'état, ils libèrent en quelques secondes, l'énergie équivalente à la masse au repos du Soleil.

Cela les rend d'un intérêt plus qu'éphémère pour l'humanité. Les sursauts de rayons gamma dans la Voie lactée ont peut-être déclenché des extinctions massives sur Terre dans le passé et pourraient donc nous menacer à l'avenir.

Cependant, un sursaut de rayons gamma n'a jamais été vu dans la Voie lactée. En fait, ce sont généralement les objets astronomiques les plus éloignés, et donc les plus anciens, que nous puissions voir. Les astronomes ont déclaré la semaine dernière avoir repéré un sursaut de rayons gamma qui s'est produit à peine 630 millions d'années après le Big Bang.

Toutes ces informations et bien plus encore sont le résultat de deux révolutions qui se sont produites dans l'astronomie des rayons gamma. Le premier est le lancement des télescopes à rayons gamma Swift et Fermi en 2004 et 2008 respectivement. Le deuxième est un projet de coordination mondiale qui alerte la communauté des sursauts gamma afin que leurs rémanences puissent être observées à d'autres fréquences.

En conséquence, les astronomes sont passés d'un manque de données sur les sursauts gamma à une noyade soudaine dedans. Et à mesure que la quantité de données mal comprises augmente de jour en jour, il devient lentement clair que les sursauts de rayons gamma sont beaucoup plus complexes et mystérieux que quiconque ne l'imaginait.

Aujourd'hui, Maxim Lyutikov de l'Université Purdue dans l'Indiana, décrit les mystères sur lesquels les astronomes se penchent et en fait une lecture fascinante. Il semble y avoir deux types de sursauts gamma : les longs qui durent des milliers de secondes et les courts qui clignotent en moins d'une seconde. On ne sait pas encore comment ces différents types se produisent. Et ne pariez pas sur la découverte prochaine d'autres types de burst.

Ces sursauts ont des rémanences de rayons X qui se dégradent parfois rapidement et dans d'autres cas, se stabilisent pendant des dizaines de milliers de secondes. Certaines rafales reprennent plus tard et d'autres se coupent momentanément, comme une Ford Model T qui se retourne contre lui.

Chacune de ces observations nécessite une explication distincte et les théoriciens ont du mal. Le consensus est que les sursauts de rayons gamma sont créés dans une sorte d'effondrement gravitationnel dans lequel l'énergie gravitationnelle est convertie en énergie cinétique puis en lumière. Ainsi, les supernovas sont généralement reconnues comme un type de source. D'où viennent les autres, personne ne le sait.

Ensuite, il y a la question de savoir comment un tel effondrement se produit. Un effondrement gravitationnel implique l'existence d'une onde de choc, mais la structure de cette onde et la façon dont elle interagit avec tout ce qui se trouve sur son chemin est mal comprise.

Même le mécanisme physique par lequel les rayons gamma sont formés est contesté. Une possibilité est par émission synchrotron, des particules chargées accélérées dans un champ magnétique. D'où vient ce champ magnétique et comment il interagit avec une onde de choc n'est pas connu. Une autre option est l'émission Compton inverse dans laquelle des électrons à haute énergie augmentent l'énergie des photons à des fréquences plus élevées. Faites votre choix.

L'espoir est que ces mécanismes puissent être rassemblés d'une manière qui expliquera la structure des données que les astronomes voient : les éruptions, les rémanences et les différentes échelles de temps sur lesquelles elles se produisent.

Mais la crainte que suscite Lyutikov est que ces processus sont si complexes qu'ils seront à jamais au-delà de la compréhension des mortels.

C'est exagérément pessimiste. Les progrès dans de nombreux domaines de l'astrophysique sont limités par le manque de données. L'astronomie des rayons gamma est une exception, du moins pour le moment. On ne peut nier la complexité que représentent ces données. Mais ce que représente cet état de fait est une opportunité en or pour une nouvelle génération d'astrophysiciens : un problème passionnant qui ne demande qu'à être résolu.

Réf : arxiv.org/abs/0911.0349 : Gamma Ray Bursts : Retour au tableau noir

cacher