Des sursauts gamma, les chercheurs en observent quasiment un par jour. Mais des sursauts gamma comme celui qu’ils ont vu en 2022, ils ne s’attendent à en enregistrer qu’un seul tous les 10 000 ans !
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Chaque semaine, les astronomesastronomes détectent environ cinq sursauts gamma (GRB). Ils ne durent pas plus de quelques secondes à quelques minutes, mais ils sont considérés comme les événements les plus lumineux qui s'observent dans notre Univers. Le résultat de l'effondrementeffondrement d'une étoile géante en un trou noir ou une étoile à neutrons. Ou encore de la collision de deux étoiles à neutrons.
Des chercheurs en avaient parlé il y a quelques mois déjà, mais aujourd'hui, des astronomes de l’université de l’Alabama (États-Unis) apportent des précisions sur un sursaut gamma pas tout à fait comme les autres qu'ils ont enregistrés grâce à un instrument embarqué à bord du télescope spatial Fermi. Un sursaut comme les chercheurs ne s'attendent à en voir que tous les 10 000 ans environ. Tout simplement, donc, le sursaut gamma le plus brillant -- et peut-être aussi l'un des plus proches et des plus énergétiques -- jamais observé. « Il était si brillant que notre instrument n'a pas pu suivre le grand nombre de photonsphotons entrants », raconte Stephen Lesage, chercheur, dans un communiqué.
L’effondrement d’une étoile massive
Les astronomes ont remonté la trace de ce GRB -- baptisé 221009A -- jusqu'à 2,4 milliards d'années-lumièreannées-lumière de la Terre. Quelque part dans la petite constellationconstellation de la Flèche. Ils pensent qu'il a été déclenché par l'effondrement d'une énorme étoile, s'accompagnant d'une explosion en supernova et finissant par la formation d'un trou noir.
« Pendant un sursaut gamma, nous assistons à la mort d'une étoile environ 30 fois plus massive que le SoleilSoleil et à la formation d'un trou noir, explique Peter Veres, astronome à l'université de l'Alabama. Le trou noir lance un jet très rapide proche de la vitesse de la lumière. C'est ce jet qui produit le sursaut gamma. Plus tard, les GRB sont également visibles à d'autres longueurs d'ondelongueurs d'onde, dans le spectrespectre radio ou optique via des rayons gammarayons gamma à très haute énergieénergie. Nous appelons ça la rémanencerémanence du GRB ». Et GRB221009A était si brillant que sa rémanence est apparue sur les données de l'instrument embarqué à bord du télescopetélescope spatial Fermi utilisé en principe pour observer les sursauts gamma en eux-mêmes. « C'est très rare et nous avons pu le suivre pendant près de trois heures », concluent les chercheurs.
Le sursaut gamma « le plus brillant de tous les temps » disséqué par les astronomes
Les sursauts gamma. Ils sont issus des explosions les plus puissantes que notre Univers peut produire. Et les astronomes viennent d'en enregistrer un qui dépasse tout ce qu'ils avaient imaginé jusque-là. Le plus puissant « de tous les temps ». Quelque 70 fois plus brillant que n'importe quel autre sursaut gamma.
Article de Nathalie MayerNathalie Mayer paru 29/03/2023
Les sursauts gamma - ou GRB, pour les Anglophones et les experts - sont réputés naître des explosions les plus puissantes de l'Univers. Et l'un d'entre eux a littéralement affolé les instruments il y a quelques mois. Il a balayé notre Système solaireSystème solaire le 9 octobre 2022. Aveuglant la plupart des satellites qui observent l'Univers dans la plage des rayons gamma. Les astronomes l'ont surnommé Boat. « Bateau », si l'on veut traduire le mot en français, mais surtout l'acronyme de « brightest of all time », comprenez « le plus brillant de tous les temps ».
« GRB221009A était probablement le sursaut gamma le plus brillant aux énergies de rayons Xrayons X et de rayons gamma depuis le début de la civilisation humaine », raconte Eric Burns, professeur de physiquephysique et d'astronomie à l'université de l'État de la Louisiane (États-Unis), dans un communiqué de la Nasa. Selon son analyse, un sursaut gamma aussi puissant ne se produit qu'une fois tous les 10 000 ans. Et le croisement de données recueillies par plusieurs instruments à travers le monde et dans l'espace - dans tout le spectre des longueurs d'onde - montre qu'il était 70 fois plus brillant que n'importe lequel des événements du genre enregistrés jusqu'ici.
Les chercheurs nous apprennent aujourd'hui que GRB221009A a voyagé depuis une galaxiegalaxie cachée derrière la nôtre sur environ 1,9 milliard d'années-lumière avant de nous arriver. C'est beaucoup. Mais pas tant que ça pour un sursaut gamma. Peu, même pour un sursaut gamma « long » comme celui-ci. Long parce que son émissionémission initiale a duré plus de... deux secondes ! Une duréedurée pendant laquelle l'explosion a transféré un gigawatt de puissance dans notre haute atmosphèreatmosphère. L'équivalent de la puissance d'un réacteur nucléaire.
De nombreuses informations précieuses sur les sursauts gamma
Depuis l'observation de GRB221009A, les astronomes guettent aussi l'apparition d’une supernova. Comme c'est généralement le cas, quelques semaines après un sursaut gamma. Car rappelons que les astronomes pensent que ces événements se produisent lorsque des noyaux d'étoiles massives s'effondrent sous leur propre poids et donnent naissance à un trou noir. Mais jusqu'ici, rien. Peut-être à cause des épais nuagesnuages de poussière qui voguent dans l'espace entre nous et la source de GRB221009A.
Pour percer ces nuages, les chercheurs ont scruté la région en question à l'aide du télescope spatial Hubbletélescope spatial Hubble et même du télescope spatial James-Webb. Dans l'infrarougeinfrarouge. Mais toujours pas grand-chose pour l'instant. Alors, ils envisagent que l'étoile entière se soit effondrée directement dans le trou noir au lieu d'exploser.
L'événement a aussi permis aux astronomes de mettre à l'épreuve leurs modèles. L'idée, notamment, qu'au fil du temps, les jets de particules accélérées émis par le trou noir produisent une rémanence à différentes longueurs d'onde. Une rémanence qui s'estompe progressivement. Or ces modèles ne collent pas complètement à ce que les chercheurs ont observé sur GRB221009 A. Des jets pas particulièrement puissants, eux, mais exceptionnellement étroits. Et dont l'un pointait directement sur notre Terre. Il pourrait rester détectable pendant des années. De quoi permettre de suivre son cycle de vie complet. Les astronomes y ont d'ores et déjà notamment découvert un nouveau composant radio qu'ils ne comprennent pas. « Il pourrait indiquer qu'il existe une structure supplémentaire dans le jet ou que nous devons réviser nos modèles sur la façon dont les jets de sursauts gamma interagissent avec leur environnement », indique Kate Alexander, astronome à l'université de l'Arizona (États-Unis).
Les chercheurs ne se sont pas arrêtés là. Ils ont aussi exploité GRB221009A pour en apprendre plus sur les nuages de poussière qui voguent, au loin, dans notre Voie lactée. Ces derniers devraient, en effet, réfléchir les rayons X, créant des « échos » sous forme d'anneaux. Mais ce sursaut gamma n'est que le septième sur lequel les astronomes peuvent mener ce type d'analyse. Et elle leur a permis de localiser - entre 60 000 et 1 000 années-lumière de notre Terre - et de caractériser - avec des grains de poussière composés essentiellement d'une forme de carbonecarbone, le graphitegraphite - pas moins de 21 nuages de poussière dans notre Galaxie. Le triple que ce qui avait pu être fait précédemment.
D'autres travaux sont encore en cours sur ce sursaut gamma hors normes. Ils pourraient notamment permettre de prouver que ses jets se sont alimentés dans l'énergie d'un champ magnétiquechamp magnétique amplifié par la rotation du trou noir.
Le plus puissant sursaut gamma jamais détecté a balayé la Terre
Article de Laurent SaccoLaurent Sacco paru le 17/10/2022
On a détecté un sursaut gamma long, GRB221009A, avec des photons aux énergies records de 18 TeV. La nature exacte du sursaut est encore inconnue.
Le Neil Gehrels SwiftSwift Observatory est un télescope spatial multispectral capable d'observer dans les rayons X durs et mous, en ultravioletultraviolet, mais aussi en lumière visible et qui a été développé par la NasaNasa en grande partie. Il a été lancé en 2004, son but était d'aider à identifier, localiser et observer les sursauts gamma. Or, justement, on apprend que le 9 octobre 2022 il a détecté un de ces sursauts gamma baptisé GRB221009A (rappelons que GRB est l'acronyme de Gamma Ray Burst, c'est-à-dire sursaut gamma en anglais). La source porteporte le nom de Swift J1913.1 + 1946 dans le catalogue des observations du télescope en orbiteorbite autour de notre Planète bleue.
Ce n'est pas le plus lointain ni de facto le plus ancien des sursauts gamma découverts par les yeux de la noosphère mais il bat tout de même un record, non pas tellement par son énergie propre peut-être, qui est au moins égale à celle libérée par le Soleil pendant environ 10 milliards d'années en seulement quelques secondes (ce qui en fait un sursaut gamma long), mais bien parce que l'énergie de certains des photons gamma qu'il a émis dans un passé lointain et que l'on détecte aujourd'hui est un peu supérieure à celle des collisions entre protonsprotons au LHCLHC.
On l'estime en effet à environ 18 TeV, soit 18.000 GeVGeV, c'est-à-dire que l'on pourrait produire l'équivalent en massemasse de plus de 18.000 protons avec un seul de ces photons.
Bien que ce GRB soit bien plus proche que la moyenne de ceux connus, il était encore trop loin pour menacer la vie sur Terre. Rappelons que certains spéculent sur l'occurrence d'un GRB suffisamment proche pour expliquer certaines des crises biologiques qui ont marqué l’histoire de la biosphère.
Plusieurs modèles d'hypernovae
L'astronome Pro/Am bien connu Serge Brunier raconte sur TwitterTwitter comment il a été témoin de cette découverte puisque GRB221009A n'était pas visible uniquement en gamma et X.
GRB221009A est, on l'a dit, un sursaut gamma long, ce qui veut dire que le phénomène astrophysiqueastrophysique qui l'a produit est ce que l'on appelle une hypernova, ou encore une supernova superlumineuse (en abrégé et en anglais SLSN pour superluminous supernova. On estime que ce type d'explosion stellaire libérerait l'énergie de plus de 100 supernovaesupernovae. Il est estimé qu'une hypernova se produit dans la Voie lactéeVoie lactée seulement une fois tous les 200 millions d'années.
Par contre, il existe encore des incertitudes sur le mécanisme exact générant une hypernova. Il pourrait s'agir d'une collision entre deux étoiles massives encore sur la séquence principaleséquence principale ou bien de l'explosion d'une étoile très massive en rotation rapide baignée dans un champ magnétique puissant.
Une autre explication, souvent favorisée, est celle du type « collapsar », contraction des termes anglais collapse (effondrement) et star (étoile). Il s'agit de l'effondrement d'une étoile très massive qui forme un trou noir en son cœur accrétant de la matièrematière et émettant deux jets puissants déchirant la surface de l'étoile et avec une forte émission de rayons gamma (toutes les hypernovaehypernovae ne seraient pas automatiquement des sursauts gamma).
Une présentation du satellite Swift. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Nasa Goddard Space Flight Center
Un sursaut gamma record, visible à l'œil nu !
Article de Jean-Luc GoudetJean-Luc Goudet publié le 21 mars 2008
Il est trop tard pour le voir car le flashflash lumineux n'a duré que quelques minutes. Mais Swift et d'autres télescopes, eux, l'ont vu et photographié. Pourtant, le rayonnement de ce sursaut gamma a parcouru 7,5 milliards d'années-lumière avant de briller dans le ciel de la Terre. L'énergie libérée est fantastique : pendant son éclat, GRB 080319B était 2,5 millions de fois plus lumineux que la plus brillante des supernovae...
Depuis le lancement du satellite Swift en 2004, c'est un piège à sursauts gamma qui a été mis en place par les astronomes du monde entier et qui vient de saisir la plus forte explosion jamais enregistrée. Ces événements extrêmement énergétiques, GRB pour Gamma Ray Burst en anglais, se traduisent par une émission de rayons X et gamma durant un bref instant, de quelques minutes au maximum. On les explique aujourd'hui par la fin dramatique d'une étoile. Il pourrait s'agir soit d'un astreastre de grande taille (d'au moins trente fois la masse du Soleil) qui explose puis s'effondre sur lui-même, soit du choc de deux astres compacts, naines blanchesnaines blanches ou étoiles à neutrons. Si l'énergie est suffisante, il y a déclenchement d'un sursaut gamma.
Depuis longtemps, les astronomes cherchent à braquer leurs télescopes dans la direction d'un tel sursaut pour observer l'astre qui en est à l'origine dans le domaine du visible ou de l'ultraviolet. C'est ce que l'on appelle la contrepartie optique. L'exercice est difficile car le sursaut est très court et les instruments sensibles aux rayons X et gamma ne fournissent la direction du signal qu'avec une précision faible.
Le satellite Swift et la mobilisation générale des meilleurs télescopes de la planète ont changé la donne. Le piège fonctionne ainsi : Swift détecte un sursaut, le localise, transmet les coordonnées aux instruments terrestres et spatiaux impliqués dans ce réseau mondial, tous pointent le plus rapidement possible la région du ciel désignée par Swift et enclenchent leurs caméras. Après la détection du premier sursaut en mai 2005, ce détecteur planétaire a fonctionné à de nombreuses reprises.
Ce 19 mars 2008, l'alerte a même sonné quatre fois... « Le décès de Arthur C. Clarke semble avoir enflammé l'univers de sursauts gamma » commente Judith Racusin, en hommage au grand homme disparu ce jour-là. Les sursauts étant baptisés avec la date du jour, le premier est GRB 080319A et le second GRB 080319B. Celui-là a battu tous les records et restera sans doute longtemps dans l'histoire de l'astronomie.
Une puissance exceptionnelle qui reste à expliquer
Après l'alerte, plusieurs instruments terrestres ont pointé cet objet, dont le VLT (Very Large TelescopeVery Large Telescope), au Chili. Swift lui-même actionnait ses détecteurs à rayons X et ultraviolets. Une équipe polonaise (PiPi of the sky) a même pu filmer l'événement. La contrepartie visible a atteint une magnitudemagnitude de 5 à 6. C'est la limite d'une luminositéluminosité repérable à l'œilœil nu. Si quelqu'un, ayant au-dessus de lui un ciel dégagé et de bonne qualité (un citadin n'avait aucune chance), a levé les yeux à cet instant vers la constellation du Bouvier, il a pu voir un minuscule flash. Mais quatre minutes plus tard, comme l'a mesuré le groupe polonais Pi of the sky, la luminosité chutait brutalement, la magnitude descendant à 11 (la magnitude indique l'inverse de la luminosité).
Durant ces quelques minutes, la luminosité était 2,5 millions fois plus élevée que la plus lumineuse des surpernovae observée à ce jour. Pourtant, les instruments au sol, dont le VLT, indiquaient un décalage vers le rougedécalage vers le rouge de 0,94, ce qui correspond à une distance de 7,5 milliards d'années-lumière, soit la moitié du rayon de l'univers observable ! L'énergie libérée par l'astre à l'origine de cette explosion a donc dû être énorme. De très loin, durant ces quelques minutes d'éclat, GRB 080319B fut le plus lointain des astres visibles à l'œil nu. A titre de comparaison, l'objet le plus lointain que nos yeux peuvent voir est la galaxie du Triangle (M33M33), de magnitude 5,7 et située à 2,9 millions d'années-lumière.
Il reste maintenant aux astronomes à expliquer l'exceptionnelle puissance de cette émission. Il est possible, par exemple, que la Terre ait été située, par hasard, précisément au centre du faisceau de rayonnements émis par l'astre qui a explosé. Nul doute que de nombreux astrophysiciensastrophysiciens sont actuellement en train d'éplucher les données de tous les instruments qui ont saisi GRB 080319B durant ses quatre minutes de célébrité...
