L’ARTICLE
Il s’agit d’un phénomène transitoire qu’on observe régulièrement avec les télescopes spatiaux, une bouffée de rayonnement gamma très courte marquant la naissance d’un trou noir de masse stellaire dans une galaxie lointaine. Le télescope spatial Fermi détecte un sursaut tous les deux jours en moyenne. On On estime qu’il se produit en moyenne un sursaut gamma par million d’années et par galaxie. Pour les supernovæ, on est plutôt à une à trois par siècle et par galaxie. Mais comme les sursauts gamma sont beaucoup plus brillants, on les repère beaucoup plus loin dans l’Univers, et on a donc accès a beaucoup plus de galaxies. Quelle est l’origine des sursauts gamma ?
Ils ont plusieurs sources possibles. L’explosion initiale des sursauts dure typiquement de quelques millisecondes à quelques dizaines de secondes (et parfois quelques centaines de secondes). On les classe en deux familles, les « sursauts longs » persistent plus de deux secondes et sont associés aux effondrements d’étoiles hypermassives. Les « courts » sont initiés par la coalescence d’objets compacts (des paires d’étoiles à neutrons, ou un trou noir et une étoile à neutrons).
Dans les deux cas, le processus produit un nouvel objet compact, un trou noir ou peut-être un magnétar (une étoile à neutrons en rotation rapide et dotée d’un intense champ magnétique). Autour de ce corps se forme un disque d’accrétion transitoire de courte durée de vie. Très vite, le gaz du disque tombe sur l’objet compact. Il se forme alors des jets très étroits de matière émis depuis les pôles de l’objet compact. Les jets doivent se frayer un chemin à travers le cocon : les débris expulsés lors de l’explosion par l’étoile hypermassive initiale ou des deux étoiles qui ont fusionné. Si le jet parvient à s’extraire de ces couches de matière, il émet un flash de rayonnement gamma due à l’accélération des particules dans le jet, dont la vitesse atteint quasiment celle de la lumière. Le flash gamma initial s’accompagne ensuite d’une émission rémanente provoquée par la collision avec le milieu interstellaire de la matière du jet. Ce rémanent dure plus longtemps dans une gamme spectrale étendue et avec une émission quasi isotrope qui s’estompe lentement.
Les mécanismes d’émission du jet et du rémanent ne sont pas encore très bien compris. Pour le jet, on pense qu’il s’agit d’une émission synchrotron des électrons accélérés par les champs magnétiques dans le jet. Mais les modèles simples d’émission synchrotron ne rendent pas compte de façon satisfaisante des observations. D’autres scénarios sont possibles mais ils sont parfois difficiles à simuler.
Récemment, la collaboration HESS a publié ses résultats concernant le sursaut GRB 190829A, détecté le 29 août 2019. Il a d’abord été repéré par les télescopes spatiaux Fermi et Swift. Il est l’un des sursauts les plus proches jamais observés, à « seulement » un milliard d’années-lumière de nous ! Le signal était si fort que le télescope HESS, en Namibie, a aussitôt observé le rémanent et l’a suivi pendant trois jours, en enregistrant des photons jusqu’à 3,3 téraélectronvolts, un record. Ce sursaut n’a été que le quatrième observé depuis le sol. La plupart des sursauts se produisent beaucoup plus loin dans l’Univers, leurs photons ont donc plus de chance d’interagir avec le rayonnement qui baigne le cosmos et l’éclat perd de son intensité en chemin. Ils produisent un signal trop faible pour être observé par un instrument comme HESS.
Nous avons observé le sursaut GRB 200415A dans la galaxie NGC 253, à 11,4 millions d’années-lumière. Le signal, très court, était beaucoup plus variable que celui d’un sursaut issu d’une coalescence, le spectre ne correspondait pas tout à fait non plus. D’où notre conclusion que ce sursaut correspond probablement à une éruption géante d’un magnétar. Mais la conclusion importante de cette étude est qu’il existe probablement d’autres sources de sursauts gamma que les deux que l’on connaissait. De futures analyses plus systématiques de ces phénomènes transitoires pourraient nous cacher d’autres surprises. Ce qui est déjà clair, c’est que nos catalogues de sursauts courts sont probablement contaminés par la présence de magnétars. Or pour étudier la physique d’une population précise, il faut pouvoir s’assurer que nous identifier bien correctement l’origine de chaque événement.
Parmi les scénarios théoriques possibles de sursaut gamma, l’effondrement d’une étoile hyper massive ou une fusion de deux étoiles à neutrons pourrait donner un magnétar qui servirait de moteur à la formation de jets. Mais pour l’instant, nous n’avons pas de preuve directe qu’un magnétar peut effectivement être le moteur d’un sursaut gamma.
Extraits de « pour la science N° 525
COMMENTAIRES
Les sursauts gamma ne peuvent être compris par l’astrophysique standard pour la simple raison qu’il s’agit d’un phénomène annonçant la naissance d’une étoile à partir d’une onde de choc dans la substance de l’espace ou prématière. Nous en voulons pour preuve la description suivante du processus :
1) Le processus produit un nouvel objet
compact, un trou noir ou peut-être un magnétar..( nous dirions un embryons stellaire compact)
2) Autour de ce corps se forme un disque d’accrétion transitoire ( d'où proviendrait ce disque ?)
3) Très vite, le gaz du disque tombe sur l’objet compact.
4) Il se
forme alors des jets très étroits de matière émis depuis les pôles de l’objet
compact.( comme nous pouvons le remarquer sur des étoiles naissantes)
5 ) Les jets se frayent un chemin à travers le cocon ( il existe alors bien un disque autour de l’objet)
6). Quand le jet parvient à s’extraire de ces couches de matière, il émet un flash de rayonnement gamma due à l’accélération des particules dont la vitesse atteint quasiment celle de la lumière.
7) Le flash gamma initial s’accompagne ensuite d’une émission rémanente provoquée par la collision avec le milieu interstellaire de la matière du jet. L’étoile naissante continue donc à émettre – et à fabriquer – des matériaux sur un mode plus calme et sur le long terme
Cette description correspond très exactement à nos hypothèses notamment l’accélération des particules nouvellement créées à la vitesse de la lumière.
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