Les sursauts gamma (GRB) sont l'un des phénomènes les plus énergétiques de l'Univers, et aussi l'un des moins étudiés. Ces explosions d'énergie se produisent lorsqu'une étoile massive se transforme en supernovae et émet des faisceaux jumeaux de rayons gamma qui peuvent être vus à des milliards d'années-lumière. Parce qu'ils sont étroitement liés à la formation de trous noirs, les scientifiques ont hâte d'étudier cette occurrence rare plus en détail.
Malheureusement, peu d'opportunités se sont produites car les GRB sont de très courte durée (qui ne durent que quelques secondes) et la plupart se sont produits dans des galaxies éloignées. Mais grâce aux efforts utilisant une suite de télescopes, les astronomes ont pu repérer un GRB (désigné GRB 190114C) en janvier 2019. Une partie du rayonnement de ce GRB était la plus haute énergie jamais observée, ce qui en fait une étape importante dans l'histoire de l'astronomie.
L'étude qui décrit ces résultats (intitulée «Observation des émissions inverses de Compton à partir d'une longue rafale de rayons gamma») a récemment été publiée dans la revue La nature et doit apparaître dans le journal Astronomie et astrophysique. L'étude a été dirigée par Antonio de Ugarte Postigo de l'Instituto de Astrofísica de Andalucía et comprenait des membres de la collaboration MAGIC, de la NASA et des instituts de recherche du monde entier.
Pour le dire clairement, les GRB sont en fait assez communs, se produisant environ une fois par jour dans l'Univers observable. Mais en raison de leur nature brève et éphémère, il a été très difficile de former des instruments à la source avant qu'ils ne disparaissent. Mais à l'aide de plusieurs télescopes optimisés pour la détection des rayons gamma, le GRB 190114 a été observé juste à temps.
Cela comprenait l'observatoire Neil Gehrels Swift de la NASA, le télescope spatial Fermi Gamma-Ray, ainsi que les jumelles terrestres jumelles Major Imaging Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) - qui sont situées sur les îles Canaries de La Palma et exploitées par Max Planck Institut de physique (MPP).
Lorsque ces télescopes ont observé le GRB 190114C, ils ont observé qu'une partie de l'énergie libérée mesurée dans la gamme des électrons volt (TeV) 1 téra - environ un billion de fois plus d'énergie par photon observée avec la lumière visible. Sur la base des observations précédentes, les astronomes estiment que pour atteindre ce niveau d'énergie, le matériau émis par l'étoile s'effondrant devait se déplacer à 99,999% de la vitesse de la lumière.
En d'autres termes, le matériel d'une étoile mourante devrait être accéléré jusqu'aux limites mêmes de ce que la matière physique peut endurer afin de générer ce type d'éclatement énergétique. Ce matériau serait alors forcé à travers les nuages gazeux qui entourent l'étoile (les restes des couches externes qui ont été emportés), provoquant un choc qui crée l'éclatement des rayons gamma lui-même.
Les scientifiques tentent depuis longtemps d'observer les émissions extrêmement énergétiques des GRB, et cette explosion particulière a fourni la toute première opportunité. Comme l'a expliqué le Dr de Ugarte Postigo dans un communiqué de presse de l'ESA / Hubble:
«Les scientifiques tentent depuis longtemps d'observer l'émission de très haute énergie des sursauts gamma. Cette nouvelle observation est un pas en avant essentiel dans notre compréhension des sursauts gamma, de leur environnement immédiat et de la façon dont la matière se comporte lorsqu'elle se déplace à 99,999% de la vitesse de la lumière. »
À l'avenir, plusieurs observatoires spatiaux observeront la supernova qui a produit le GRB 190114C pour en savoir plus sur son environnement et sur la façon dont cette explosion extrême a été produite. En particulier, les astronomes européens ont reçu du temps d'observation avec le télescope spatial Hubble de la NASA / ESA pour étudier l'environnement source.
Ces efforts ont été soutenus par des astronomes utilisant le très grand télescope de l’ESO (VLT) et le réseau de grands millimètres / submilimètres d’Atacama (ALMA) au Chili. En combinant leurs observations avec les données obtenues par Hubble, les astronomes ont pu observer plus en détail la galaxie hôte de ce GRB (qui se trouve à 5 milliards d'années-lumière de la Terre).
Comme l'a expliqué Andrew Levan de l'Institut de mathématiques, d'astrophysique et de physique des particules du département d'astrophysique de l'Université Radboud aux Pays-Bas:
"Les observations de Hubble suggèrent que cette explosion particulière se trouvait dans un environnement très dense, en plein milieu d'une galaxie brillante à 5 milliards d'années-lumière de là. Ceci est vraiment inhabituel et suggère que cela pourrait être la raison pour laquelle il a produit cette lumière exceptionnellement puissante. »
Cette étape importante témoigne de la capacité croissante des instruments astronomiques et de l'importance croissante de la coopération internationale. Il est également conforme à l'ère actuelle de l'astronomie, où les découvertes révolutionnaires sont de plus en plus courantes. Chaque année qui passe, des phénomènes autrefois mal compris ou contraints font désormais l'objet de recherches régulières.
