Nous avons détecté les sursauts gamma les plus puissants jamais enregistrés

Sursaut gamma DESY, Laboratoire de communication scientifique

Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes de l'univers connu, censées être libérées lorsqu'une étoile massive s'effondre dans un trou noir ou une étoile à neutrons.

Aujourd'hui, les scientifiques viennent d'en découvrir une paire plus puissante que nous n'aurions pu l'imaginer. Dans un trio de Nouveau papiers Publié dans La nature , deux équipes d'astronomes rapportent la détection de deux sursauts gamma qui ont chacun émis des lectures d'énergie qui dépassent la rafale record précédente , dont un qui est plus de 10 fois plus puissant. C'est une paire de découvertes sans précédent qui devrait nous aider à trouver davantage de ces événements exotiques et à brosser un tableau plus clair de ce qui se passait dans des parties éloignées de l'univers il y a des milliards et des milliards d'années.

Les sursauts gamma sont plus puissants que nous ne le savions, déclare Razmik Mirzoyan, astrophysicien à l'Institut Max Planck et coauteur de deux des articles. C'est absolument remarquable.

Les détections ont été effectuées par deux observatoires : le système Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC), qui utilise deux télescopes situés sur l'une des îles Canaries, et le High Energy Stereoscopic System (HESS), un réseau de cinq télescopes en Namibie. Les deux sites utilisent ce qu'on appelle des télescopes Chérenkov à imagerie aérienne (IACT).

Lorsque des rayons gamma de haute énergie frappent l'atmosphère terrestre, l'interaction provoque la transformation des molécules d'air en une cascade de paires électron-positon. Ces paires traversent rapidement l'atmosphère, libérant quelque chose connu sous le nom de rayonnement Cherenkov. Les IACT observent cette douche de rayonnement, et les données qui en résultent peuvent être reconstruites et analysées pour déterminer l'énergie et la direction des photons originaux à haute énergie - les rayons gamma - qui frappent l'atmosphère.

Le premier sursaut, GRB 190114C, a été trouvé le 14 janvier. Initialement détecté par une paire de télescopes spatiaux, il a ensuite été vérifié et observé en profondeur par HESS une fois ses coordonnées connues. MAGIC a détecté des énergies de photons dans la rémanence de GRB 190114C (la partie évanouie de l'émission) qui étaient au-dessus de la gamme des téraélectronvolts (TeV), qui est un billion de fois plus énergétique que la lumière visible (la lumière visible est d'environ 1 eV). Jusqu'à présent, la nébuleuse du Crabe était la source d'énergie TeV la plus brillante connue. Ce nouveau sursaut réduit ces énergies d'un facteur 100 et détient désormais le record de la source de photons TeV la plus brillante connue.

Le deuxième sursaut, GRB 180720B, a été détecté le 20 juillet 2018. Il avait des énergies bien supérieures à 0,1 TeV, mais toujours inférieures à 1 TeV. Les sursauts gamma précédents n'avaient pas été observés au-dessus de 100 GeV. Les sursauts ont été mesurés dans la phase de rémanence, de sorte que les énergies initiales des émissions doivent avoir été encore plus élevées, explique Mirzoyan.

Des observations de suivi à l'aide d'autres observatoires et instruments révèlent que GRB 190114C provenait d'une galaxie à 4,5 milliards d'années-lumière de la Terre, tandis que GRB 180720B provenait de 6 milliards d'années-lumière.

Tous les sursauts gamma sont produits en dehors de la Voie lactée, généralement à des milliards d'années-lumière dans des galaxies avec beaucoup de formation d'étoiles massives. Bien que nous ne sachions pas exactement ce qui a fait ces rafales particulières, nous savons qu'il s'agit de deux rafales de longue durée. Cela signifie qu'ils sont produits lorsqu'un type rare d'étoile massive à rotation rapide s'effondre soudainement dans un puissant trou noir ou une étoile à neutrons hautement magnétisée en rotation rapide appelée magnétar, explique Bing Zhang, astrophysicien à l'Université du Nevada à Las Vegas, qui n'a pas participé aux études. L'un ou l'autre objet peut produire des sursauts gamma, et dans ce cas, ils ont été directement rayonnés vers la Terre, heureusement pour les astronomes.

En plus d'être des découvertes record, les deux nouveaux sursauts gamma nous donnent un aperçu de la façon exacte dont ces phénomènes sont produits. Le seul mécanisme qui pourrait entraîner de telles émissions à haute énergie est une diffusion ascendante de photons vers des énergies plus élevées, induite par des collisions avec des électrons accélérés. De nombreux scientifiques, dont Zhang, ont longtemps émis l'hypothèse qu'un tel mécanisme existait.

Comme ce fut le cas pour la détection des ondes gravitationnelles, le grand espoir est que cette découverte nous permette de repérer davantage de sursauts gamma à haute énergie et de les caractériser encore plus en détail. Les objets situés à des milliards d'années-lumière sont incroyablement difficiles à observer. Les sursauts gamma sont parmi les seuls signaux que nous pouvons détecter qui peuvent nous dire quoi que ce soit sur ce qui se passe si loin.

Ce message a été modifié pour fournir plus de contexte sur l'énergie émise par ces dernières détections de rafales.

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