Les sursauts gamma sont des phénomènes extrêmement violents, qui se produisent en général à la fin de la vie d’une étoile. On les classe souvent selon leur durée : les sursauts gamma courts ne durent qu’entre dix millisecondes et une à deux secondes, tandis que les longs peuvent s’étendre jusqu’à un quart d’heure. Il existe des sursauts dits ultra-longs qui atteignent plusieurs heures et sont encore très mal compris.
Le 9 octobre 2022, les observatoires terrestres et orbitaux ont détecté un sursaut gamma parmi les plus lumineux et les plus proches de nous jamais observés, au point qu’il a saturé la majorité des détecteurs. Pendant plusieurs secondes, la luminosité de GRB 221009A a dépassé celle de mille millions de milliards de soleils. Heureusement il était suffisamment loin car il aurait pu y griller toute forme de vie. Ce GRB provenait d’une galaxie de la constellation de la Flèche, située à 1,9 milliard d’années-lumière de la Terre, mais les précédents sursauts longs connus partaient d’étoiles plus éloignées situées à une dizaine de milliards d’années-lumière.
On s’attend à ce qu’un sursaut comme GRB 221009A survienne seulement une fois par siècle dans l’Univers local. Les sursauts gamma sont des phénomènes extrêmement violents, qui se produisent en général à la fin de la vie d’une étoile. On les classe souvent selon leur durée : les sursauts gamma courts ne durent qu’entre dix millisecondes et une à deux secondes, tandis que les évènements longs peuvent s’étendre jusqu’à un quart d’heure. Enfin, des sursauts dits ultra-longs atteignent plusieurs heures, mais ces derniers sont encore très mal compris.
GRB 221009A est un sursaut gamma longs. Ils sont déclenchés lorsqu’une étoile très massive et au cœur en rotation rapide épuise tout son carburant. Un trou noir se forme alors et le cœur restant de l’étoile s’y effondre. Le cœur est brusquement freiné tandis que le trou noir absorbe chaque seconde une quantité de matière équivalente à plusieurs dizaines de milliers de fois la masse de la Terre. Une énergie considérable est aussitôt émise, mais dans certain cas elle a du mal à sortir du fait de toute la matière de l’étoile qui s’enfonce dans le trou noir. L’énergie parvient cependant à s’échapper sous la forme de deux jets de matière et de rayons gamma opposés par rapport à l’axe . Ce sont eux qui produisent les sursauts gamma.
On ne peut les repérer que si l’on se trouve sur l’axe de l’un des deux jets, et on estime ainsi que nous ne détectons qu’entre 0,2 et 1 % des sursauts gamma qui se produisent dans l’Univers. On observe aussi parfois la supernova, produite quant à elle par l’explosion des couches extérieures de l’étoile en fin d’existence, qui accompagne le sursaut gamma avec quelques jours de retard.
Les cosmologistes étudient les sursauts gamma car ce sont les seuls signaux disponibles indiquant la formation d’un trou noir. Ils éclairent aussi sur la physique très complexe qui se déroule dans les jets dits relativistes, qui se déplacent presque aussi vite que la lumière. Si dans ces sursauts, on a d’abord seulement observé les flashs de rayons gamma, les chercheurs constatent depuis vingt-cinq ans que le phénomène s’accompagne d’une plus grande diversité de rayonnements, produits par le choc du jet sur le gaz environnant : rayons infrarouges, X, etc.
Les sursauts gamma ont également l’avantage de se produire partout dans l’Univers et d’émettre une lumière si brillante qu’elle peut traverser plusieurs galaxies. Se faisant, certaines de ses longueurs d’onde sont absorbées par la matière qu’elles rencontrent. Cela donne un moyen de mieux connaître la composition de galaxies trop lointaines pour être étudiées directement, ainsi que celle du milieu intergalactique.
De nombreux satellites sont spécialement équipés pour étudier les sursauts gamma, comme le télescope spatial Swift de la Nasa, mais d’autres systèmes sont capables de les détecter même si ce n’est pas leur fonction première. On peut mentionner ainsi la mission franco-chinoise Svom2, dont une des caméras sera dédiée aux rayonnements gamma. L’étude des sursauts gamma est cependant compliquée par le fait qu’il n’existe pour l’instant, aucun moyen de prédire où et quand ils vont se produire.
La proximité de ce sursaut a permis de constater que l’évènement est plus complexe que prévu. Si d’habitude on n’observe que le pic du sursaut gamma, d’une durée de dix à vingt secondes, on a cette fois-ci aussi observé environ trois minutes avant un sursaut précurseur, ainsi qu’une émission décroissante longtemps après le pic. Mais les chercheurs ont surtout été intrigués par le fait que le sursaut gamma a également agité les détecteurs de photons de très haute énergie, ce qui n’était pas du tout attendu. De tels rayonnements cosmiques ne sont en effet pas censés pouvoir parcourir une telle distance depuis l’étoile qui a explosé, ce qui pose une sérieuse question de physique.
Parmi les explications avancées, ces photons seraient des particules secondaires émises par des rayons cosmiques accélérés dans les jets du sursaut, ce qui prouverait que, comme les supernovæ, les sursauts gamma sont des sources de rayons cosmiques. Les rayons cosmiques étant des particules accélérées, principalement des protons et quelques noyaux. Or très peu d’objets et d’événements célestes sont capables de leur fournir l’énergie nécessaire.
De nombreux travaux tentent de mieux comprendre l’origine des rayons cosmiques. Certains arrivent de notre galaxie, notamment via les supernovæ. D’autres proviennent des noyaux actifs de galaxies, encore non identifiés Savoir si les sursauts gamma peuvent oui ou non émettre des rayons cosmiques de très haute énergie nous éclairera sur ces modèles encore en construction.
Les sources de rayons cosmiques sont aussi des sources de neutrinos, mais ces derniers sont à peine moins véloces que les rayons cosmiques et gamma. La différence peut sembler infime, mais sur de telles distances elle signifie que les neutrinos éventuellement émis par le phénomène pourraient arriver sur Terre de quelques secondes à quelques semaines après le sursaut gamma. Il faudra donc surveiller cela, par exemple grâce aux centres de détection des neutrinos comme IceCube, installé au niveau de la base scientifique Amundsen–Scott au pôle Sud, ou le KM3NeT3 en cours de construction sous la mer Méditerranée.
Le sursaut gamma GRB221009A pourrait ainsi représenter une sorte de clef pour la compréhension des phénomènes physiques à l’œuvre dans de tels événements.
Référence
https://lejournal.cnrs.fr/articles/un-cataclysme-cosmique-exceptionnel
Europe Solidaire 