Le gamma le plus brillant

La mort d'une étoile massive à travers l'univers a affecté la foudre sur notre planète et pourrait nous en apprendre davantage sur la Voie lactée

Début octobre 2022, une vague de rayonnement à haute énergie a balayé la Terre à partir d'un sursaut gamma, l'un des événements les plus singulièrement catastrophiques et violents que le cosmos ait à offrir. Les astronomes ont rapidement déterminé sa distance et ont découvert qu'il s'agissait du sursaut le plus proche jamais vu : à seulement deux milliards d'années-lumière de la Terre. Ou, si vous préférez, à 20 milliards de milliards de kilomètres de nous, une fraction décente de la taille de l'univers observable.

Pour les astronomes, "proche" signifie quelque chose de différent. Celui-ci était si proche, cosmiquement parlant, qu'il a été détecté par une flotte d'observatoires à la fois sur et au-dessus de la Terre, et il livre déjà un trésor scientifique. Mais même à cette immense distance en termes humains, c'était l'événement le plus brillant jamais vu dans les rayons X et les rayons gamma, suffisamment brillant pour que les gens puissent repérer son émission de lumière visible dans de plus petits télescopes amateurs, et était même capable d'affecter physiquement notre haute atmosphère. Malgré cela, ce sursaut gamma ne présente aucun danger pour nous. En tout cas, je suis content qu'ils gardent leurs distances.

Les sursauts gamma, ou GRB, sont des explosions intenses de rayons gamma - la forme de lumière la plus énergétique - qui durent généralement d'une fraction de seconde à quelques minutes. Les sursauts gamma sont une énigme pour les astronomes depuis la guerre froide, lorsque le premier a été découvert dans les années 1960 par des détecteurs en orbite à la recherche d'armes nucléaires testées sur ou au-dessus de la Terre. Plus de 1 700 ont été observés depuis lors. Pourtant, il a fallu des décennies pour les repérer suffisamment bien dans le ciel pour les observer avec des télescopes plus conventionnels et mieux comprendre ce qu'ils étaient. Même alors, c'était difficile, car chaque GRB a des idiosyncrasies, ce qui les rend compliqués à comprendre en tant que groupe.

Néanmoins, nous avons une bonne compréhension de leur nature fondamentale. Les sursauts de courte durée - généralement de quelques secondes au maximum - proviennent de deux étoiles à neutrons super denses qui entrent en collision et dégagent une énergie féroce, tandis que ceux de longue durée - qui durent plusieurs minutes - proviennent d'étoiles massives qui explosent à la fin de leur vie. Le noyau de l'étoile s'effondre, formant un trou noir. Un disque tourbillonnant de matière qui n'a pas été immédiatement avalé par le trou noir se forme rapidement autour de lui, canalisant des faisceaux jumeaux d'énergie intense dans l'espace, l'un pointant vers le haut et l'autre vers le bas, loin du disque. Ceux-ci se frayent un chemin à travers l'étoile mourante et éclatent vers l'extérieur tandis que le reste de l'étoile explose en une supernova très puissante.

L'énergie des sursauts gamma est presque incompréhensible : en quelques secondes, ils peuvent émettre autant d'énergie que le soleil pendant toute sa durée de vie de 12 milliards d'années. Leur pouvoir vient de leur concentration étroite; ces faisceaux fins concentrent l'énergie explosive dans une direction très étroite. Si le faisceau est dirigé vers vous, vous voyez un flash de rayons gamma suffisamment brillant pour être détecté même à plusieurs milliards d'années-lumière de distance. En dehors du chemin, vous voyez une supernova plus typique.

Malgré leur puissance, la plupart des sursauts sont à une si grande distance de nous que leur lumière est considérablement atténuée et qu'un télescope est nécessaire pour les voir.

Surnommé GRB 221009A - pour le premier sursaut gamma observé le 9 octobre - son flash initial a été détecté pour la première fois par des capteurs sur le télescope spatial à rayons gamma Fermi en orbite, conçu spécifiquement pour détecter et trouver rapidement les emplacements des GRB. Même pour une rafale de longue durée, elle était exceptionnellement prolongée. Une autre explosion de rayons gamma a été repérée par l'observatoire Neil Gehrels Swift, un autre ensemble de télescopes en orbite conçu pour observer les sursauts. Ce deuxième pic s'est produit près d'une heure plus tard, beaucoup plus tard que d'habitude pour de tels événements, indiquant à quel point ce GRB particulier avait à sa disposition.

Swift a immédiatement envoyé une alerte automatisée aux astronomes du monde entier, qui ont répondu en pointant leurs propres télescopes vers le sursaut. La lueur décroissante de la lumière visible, causée par les faisceaux percutant la matière entourant l'étoile mourante, a révélé sa distance via le redshift cosmique (un rougissement de la lumière causé par l'expansion de l'univers lui-même) et a indiqué qu'il s'agissait du GRB le plus proche jamais vu.

Un tweet de l'astrophysicien Rami Mandow a souligné que les détecteurs de foudre en Inde et en Allemagne ont montré que la façon dont les impulsions de rayonnement électromagnétique de la foudre se propageaient a soudainement changé au même moment où l'énergie GRB a frappé notre planète. Ces impulsions indiquent que les conditions dans la haute atmosphère terrestre ont changé, avec des électrons soudainement dépouillés de leurs atomes hôtes. Les rayons gamma ionisent les atomes de cette manière, il semble donc très probable que cette explosion ait physiquement affecté l'atmosphère de notre planète, bien que légèrement et brièvement. Pourtant, à deux milliards d'années-lumière de distance, c'est un phénomène extraordinaire.

Un GRB aussi proche signifie que les astronomes peuvent analyser la lumière qu'ils en voient de plus de façons que d'habitude. En règle générale, la lumière d'une rafale n'est pas assez brillante pour révéler clairement les détails de l'événement qui l'a provoquée. Ce spécimen pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le moteur du trou noir central qui se forme lors d'une rafale et la nature extraordinairement complexe de la physique qui l'entoure.

Il peut aussi nous parler de la Voie Lactée. L'observatoire Swift a vu des anneaux de rayons X en expansion centrés sur l'emplacement du GRB, causés par des nuages ​​​​de poussière dans la Voie lactée situés à environ 600 à 12 000 années-lumière de la Terre. Ces "échos de lumière" se produisent lorsque la lumière frappe des nuages ​​de poussière juste à côté de notre ligne de visée vers le GRB, nous les voyons donc sur le côté, à côté du point lumineux dans le ciel. En raison du peu de temps supplémentaire nécessaire à la lumière de l'explosion pour atteindre ces nuages ​​​​de poussière et être dispersée vers nous, nous voyons des anneaux de lumière se déplacer vers l'extérieur à partir du centre, leur taux d'expansion étant lié à leur distance par rapport à nous. La mesure de ces anneaux a permis aux astronomes de déterminer les distances aux nuages.

Bien que de grands progrès aient été réalisés, en particulier depuis les années 1990, lorsque les premiers sursauts ont été observés par des télescopes optiques et que leurs distances ont été déterminées comme étant littéralement cosmiques, il reste encore beaucoup à comprendre à leur sujet. GRB 221009A est toujours observé par des télescopes du monde entier, et il pourrait s'avérer être une pierre de Rosette pour ces événements extrêmement divers, bizarres et puissants."

Note de l'éditeur : ceci est la première d'une nouvelle chronique mensuelle de l'astronome et écrivain Phil Plait. Plait est un ancien chercheur du télescope spatial Hubble et a écrit de nombreux livres et articles sur l'espace, notamment pour ScientificAmerican.com

Phil Plait est un astronome professionnel et un communicateur scientifique du Colorado. Il écrit le Bad Astronomy Newsletter. Suivez-le sur Twitter @BadAstronomer Crédit : Nick Higgins

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