Un sursaut de rayons gamma analysé avec une grande précision
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Les chercheurs rapportent l’analyse d’un sursaut de rayons gamma dans une précision inégalée. Cela offre des pistes intéressantes sur la compréhension de ce phénomène.
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Les sursauts de rayons gamma (gamma-ray bursts) sont parmi les événements les plus énergétiques et explosifs de l’univers. Ils sont également de courte durée allant de quelques millisecondes à environ une minute. Il était donc difficile de les observer avec une grande précision.
Mais à l’aide d’observations sur des télescopes terrestres et spatiaux, une équipe internationale dirigée par les astronomes de l’Université du Maryland a construit l’une des descriptions les plus détaillées d’un sursaut gamma à ce jour. L’événement, appelé GRB160625B, a révélé des détails essentiels sur la phase initiale rapide des sursauts de rayons gamma et l’évolution des gros jets de matière et d’énergie qui se forment à la suite du sursaut. Les résultats sont publiés dans la revue Nature.
Les sursauts de rayons gamma sont des événements cataclysmiques associés à l’explosion d’étoiles massives 50 fois de la taille de notre soleil. Si vous classiez toutes les explosions dans l’univers en fonction de leur puissance, alors les rayons gamma seraient juste derrière le Big Bang selon Eleonora Troja, chercheuse adjointe dans le département d’astronomie et auteure principale du papier. En quelques secondes, un sursaut gamma peut émettre autant d’énergie qu’une étoile de la taille de notre soleil au cours de toute sa vie.
Les observations du groupe fournissent les premières réponses à des questions de longue date sur la façon dont un sursaut de rayons gamma évolue au fur et à mesure que l’étoile, qui meurt, s’effondre pour devenir un trou noir. En premier lieu, les données suggèrent que le trou noir produit un champ magnétique fort qui domine initialement les jets d’émission d’énergie. Ensuite, alors que le champ magnétique se décompose, la matière prend le dessus et elle commence à dominer les jets. La plupart des chercheurs en sursauts de rayons gamma pensaient que les jets étaient dominés soit par la matière, soit par le champ magnétique, mais pas les deux. Les résultats actuels suggèrent que les 2 facteurs jouent des rôles essentiels.
Il y a une dichotomie dans la communauté. Nous avons des preuves pour les 2 modèles ce qui suggère que les jets de sursaut gamma possèdent une nature double et hybride selon Troja qui est chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA. Les jets commencent à être magnétiques, mais à mesure qu’ils se développent, alors ce champ magnétique se dégrade et perd sa domination. La matière prend le dessus et domine les jets même si un vestige du champ magnétique peut survivre.
Les données suggèrent également que le rayonnement synchrotron, qui se produit lorsque les électrons sont accélérés dans une voie courbe ou en spirale, alimente la phase initiale et extrêmement brillante du sursaut de rayons gamma connu sous le nom de phase rapide. Les astronomes ont longtemps considéré 2 autres principaux candidats en plus du rayonnement synchrotron qui est le rayonnement du corps noir et le diffusion inverse de Compton. Le rayonnement du corps noir résulte de l’émission de chaleur d’un objet. La diffusion inverse de Compton se produit lorsqu’une particule accélérée transfère de l’énergie à un photon.
Le rayonnement synchrotron est le seul mécanisme d’émission capable de créer le même degré de polarisation et le même spectre que nous avons observé au début du sursaut de rayons gamma selon Troja. Notre étude fournit des preuves convaincantes que le sursaut de rayons gamma est généré par le rayonnement synchrotron.
Les sursauts des rayons gamma se produisent à des distances cosmologiques dont certains remontent à la naissance de l’univers selon Alexander Kutyrev, chercheur associé au UMD Department of Astronomy et co-auteur du papier. Ces événements sont imprévisibles et leur disparition est très rapide une fois que le sursaut se déclenche. Nous sommes très heureux d’avoir des observations provenant d’une grande variété de sources, notamment pendant la phase rapide.
Le télescope spatial Fermi de la NASA a d’abord détecté le sursaut de rayons gamma GRB160625B. Ensuite, le télescope MASTER-IAC au sol, qui fait partie des télescopes robotisés MASTER de la Russie situés à l’observatoire du Teide dans les îles Canaries en Espagne, a suivi des observations de lumière optique alors que la phase de déclenchement était encore active.
MASTER-IAC a recueilli des données essentielles sur la proportion de lumière optique polarisée par rapport à la lumière totale produite pendant la phase rapide. Étant donné que le rayonnement synchrotron est l’un des phénomènes limités qui peuvent créer une lumière polarisée, alors ces données fournissent le lien crucial entre le rayonnement synchrotron et la phase rapide de GRB160625B.
Un champ magnétique peut également influencer sur la quantité de lumière polarisée émise au fil du temps et que le sursaut gamma évolue. Et étant donné que les chercheurs ont pu analyser les données de polarisation qui se sont étalées pendant tout le sursaut, alors ils ont pu discerner la présence d’un champ magnétique et suivre son évolution pendant la progression de GRB160625B.
Il existe très peu de données sur les émissions polarisées des rayons gamma selon Kutyrev. Ce sursaut était unique parce que nous avons capturé l’état de polarisation à un stade précoce. C’est difficile à faire, car il nécessite un temps de réaction très rapide et il y a relativement peu de télescopes avec cette capacité.
