En 2022, des astronomes ont observé en provenance de l’espace profond un sursaut de rayons gamma (https://fr.wikipedia.org/wiki/Sursaut_gamma) plus lumineux que tout ce qui avait été observé jusque là. Ils ont estimé par comparaison avec d’autres sursauts précédemment enregistrés, qu’un tel événement ne devait se produire que tous les 10.000 ans.
Le flash en question, nommé GRB221009A, était faits de photons si énergétiques qu’ils n’ont pas été détectés par la plupart des télescopes terrestres. Par contre Cao Zhen et ses collègues de l’Académie des Sciences de Pékin ont pu observer indirectement des photons extrêmement énergétiques en étudiant les nuages de particules émis par de tels photons quand ils entrent dans l’atmosphère terrestre.
Les photons de rayons gamma sont uniques en ce sens qu’ils peuvent être réfléchis par d’autres photons. C’est pourquoi les photons observés par les chercheurs chinois pourraient remonter à la période de la formation des étoiles dans l’univers primitif.
Ceci étant, ces chercheurs chinois n’excluent pas l’hypothèse selon laquelle les flux de particules observés aujourd’hui ne proviennent pas de collisions entre photons, mais de la rencontre avec des particules très énergétiques dénommées muons. Mais détecter de telles collisions pourrait faire penser que les photons n’ont pas autant d’énergie qu’il semblerait. Ou bien que l’univers serait plus transparent que l’on imagine, avec moins de lumière extragalactique.
Pour résoudre ces contradictions certains chercheurs font appel à de nouvelles hypothèses physiques. Les photons dans leur voyage à travers l’espace pourraient être transformés en de nouvelles particules ultralégères nommées axions qui n’interagiraient pas avec la lumière extragalactique dans leur voyage à travers l’espace. Elles seraient notamment responsables de la matière noire.
L’axion pourrait cependant interagir avec le champ magnétique d’une galaxie telle que la Voie Lactée et se reconvertir en photon une fois la galaxie atteinte.
Ceci dit, de tels phénomènes seraient exceptionnels et il faudra beaucoup de patience avant de pouvoir en observer de nouveaux.
Référence
[Submitted on 13 Oct 2023]
Very high energy gamma-ray emission beyond 10 TeV from GRB 221009A
Zhen Cao, others
The highest energy photons from gamma-ray bursts (GRBs) have important implications for the physics of particle acceleration and constraints on the extragalactic background light (EBL). Here we report for the first time the detection of photons beyond 10 TeV from the unprecedentedly brightest GRB 221009A by the Large High Altitude Air-shower Observatory (LHAASO). The LHAASO-KM2A detector registered more than 140 photons with energies above 3 TeV from GRB 221009A during 230−900s after the trigger. The intrinsic energy spectrum of gamma-rays can be described by a power-law after correcting for EBL absorption, with the highest energy photon of 13 TeV. Such a hard spectrum challenges the synchrotron self-Compton (SSC) scenario of relativistic electrons for the afterglow emission above several TeV, because the Klein-Nishina effect and the internal γγ absorption within the GRB generally lead to a spectral softening towards high energies. Observations of photons up to 13 TeV from a source with a measured redshift of z=0.151 requires more transparency in intergalactic space than previously expected, in order to avoid an unusual pile-up at the end of the spectrum. Alternatively, one may invoke new physics such as Lorentz Invariance Violation (LIV) or assume an axion origin of very high energy (VHE) signals.
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