Selon l'astronome Andrew Levan, il y a un vieil adage dans l'étude des sursauts de rayons gamma: "Quand vous avez vu un sursaut de rayons gamma, vous avez vu ... un seul sursaut de rayons gamma. Ils ne sont pas tout de même », a-t-il déclaré lors d'un point de presse le 16 avril sur la découverte d'un type de GRB très différent - un type qui prend une nouvelle saveur durable.
Trois de ces explosions stellaires inhabituelles de longue durée ont récemment été découvertes à l'aide du satellite Swift et d'autres télescopes internationaux, et une, nommée GRB 111209A, est la plus longue GRB jamais observée, avec une durée d'au moins 25000 secondes, soit environ 7 heures.
"Nous avons observé la plus longue explosion de rayons gamma dans l'histoire moderne, et pensons que cet événement est causé par la mort d'une supergéante bleue", a déclaré Bruce Gendre, un chercheur désormais associé au Centre national de la recherche scientifique qui a dirigé cette étude alors qu'il était au le Centre de données scientifiques de l'Agence spatiale italienne à Frascati, en Italie. «Cela a provoqué l'explosion stellaire la plus puissante de l'histoire récente, et probablement depuis le Big Bang.»
Les astronomes ont déclaré que ces trois GRB représentent une classe auparavant non reconnue de ces explosions stellaires, qui résultent de la mort catastrophique d'étoiles supergéantes des centaines de fois plus grandes que notre Soleil. Les GRB sont les explosions les plus lumineuses et les plus mystérieuses de l'Univers. Les explosions émettent des ondes de rayons gamma - la forme de lumière la plus puissante - ainsi que des rayons X, et elles produisent des reflets qui peuvent être observés aux énergies optiques et radio.
Swift, le télescope Fermi et d'autres vaisseaux spatiaux détectent en moyenne environ un GRB par jour. Quant à savoir pourquoi ce type de GRB n'a pas été détecté auparavant, Levan a expliqué que ce nouveau type semble être difficile à trouver en raison de leur durée.
"Les télescopes à rayons gamma détectent généralement une pointe rapide, et vous recherchez une explosion - à combien de rayons gamma viennent du ciel", a déclaré Levan à Space Magazine. «Mais ces nouveaux GRB émettent de l'énergie sur une longue période, plus de 10 000 secondes au lieu des 100 secondes habituelles. Parce qu'il est réparti, il est plus difficile à repérer, et ce n'est que depuis le lancement de Swift que nous avons la possibilité de créer des images de GBS à travers le ciel. Pour détecter ce nouveau type, vous devez ajouter toute la lumière sur une longue période de temps. »
Levan est astronome à l'Université de Warwick à Coventry, en Angleterre.
Il a ajouté que ces GRB durables étaient probablement plus courants dans le passé de l’univers.
Traditionnellement, les astronomes ont reconnu deux types de GRB: court et long, en fonction de la durée du signal gamma. Les courtes rafales durent deux secondes ou moins et sont censées représenter une fusion d'objets compacts dans un système binaire, les suspects les plus probables étant des étoiles à neutrons et des trous noirs. Les GRB longs peuvent durer de quelques secondes à plusieurs minutes, avec des durées typiques comprises entre 20 et 50 secondes. On pense que ces événements sont associés à l'effondrement d'une étoile plusieurs fois la masse du Soleil et à la naissance d'un nouveau trou noir qui en résulte.
«C'est un processus très aléatoire et chaque GRB est très différent», a déclaré Levan lors du briefing. «Ils ont tous une gamme de durées et une gamme d'énergies. Il faudra un échantillon beaucoup plus important pour voir si ce nouveau type a plus de complexité que les éclats de rayons gamma réguliers. »
Tous les GRB donnent naissance à des jets puissants qui propulsent la matière à presque la vitesse de la lumière dans des directions opposées. En interagissant avec la matière à l'intérieur et autour de l'étoile, les jets produisent un pic de lumière à haute énergie.
Gendre et ses collègues ont fait une étude détaillée du GRB 111209A, qui a éclaté le 9 décembre 2011, en utilisant des données de rayons gamma de l'instrument Konus sur le vaisseau spatial Wind de la NASA, des observations de rayons X de Swift et le satellite XMM-Newton de l'Agence spatiale européenne. et des données optiques de l'observatoire robotique TAROT à La Silla, au Chili. La rafale de 7 heures est de loin la durée de vie la plus longue jamais enregistrée.
Un autre événement, le GRB 101225A, a explosé le 25 décembre 2010 et a produit des émissions à haute énergie pendant au moins deux heures. Par la suite surnommée «l'éclatement de Noël», la distance de l'événement était inconnue, ce qui a conduit deux équipes à arriver à des interprétations physiques radicalement différentes. Un groupe a conclu que l'explosion était causée par un astéroïde ou une comète tombant sur une étoile à neutrons dans notre propre galaxie. Une autre équipe a déterminé que l'éclatement était le résultat d'un événement de fusion dans un système binaire exotique situé à environ 3,5 milliards d'années-lumière.
"Nous savons maintenant que l'éclatement de Noël s'est produit beaucoup plus loin, à plus de la moitié de l'univers observable, et était par conséquent beaucoup plus puissant que ne l'imaginaient ces chercheurs", a déclaré Levan.
À l'aide du télescope Gemini North à Hawaï, Levan et son équipe ont obtenu un spectre de la galaxie faible qui a accueilli l'éclatement de Noël. Cela a permis aux scientifiques d'identifier les lignes d'émission d'oxygène et d'hydrogène et de déterminer combien ces lignes ont été déplacées vers des énergies inférieures par rapport à leur apparition en laboratoire. Cette différence, connue des astronomes sous le nom de décalage vers le rouge, place l'éclatement à quelque 7 milliards d'années-lumière.
L'équipe de Levan a également examiné le 111209A et l'éclatement le plus récent 121027A, qui a explosé le 27 octobre 2012. Tous montrent des émissions similaires de rayons X, ultraviolets et optiques et proviennent toutes des régions centrales des galaxies compactes qui formaient activement des étoiles. Les astronomes ont conclu que les trois GRB constituent un nouveau type de GRB, qu'ils appellent des rafales «ultra-longues».
"Les GRB ultra-longs proviennent de très grandes étoiles", a déclaré Levan, "peut-être aussi grandes que l'orbite de Jupiter. Parce que le matériau tombant sur le trou noir du bord de l'étoile doit encore tomber, il faut plus de temps pour y arriver. Parce qu'il faut plus de temps pour y arriver, il propulse le jet plus longtemps, ce qui lui donne le temps de sortir de l'étoile. »
Levan a déclaré que les étoiles de Wolf-Rayet correspondaient le mieux à la description. "Ils sont nés avec plus de 25 fois la masse du Soleil, mais ils brûlent si chauds qu'ils chassent leur couche d'hydrogène profonde et la plus à l'extérieur comme un écoulement que nous appelons un vent stellaire", a-t-il déclaré. Dépouiller l'atmosphère de l'étoile laisse un objet suffisamment massif pour former un trou noir mais assez petit pour que les jets de particules puissent percer tout au long des périodes typiques des GRB longs
John Graham et Andrew Fruchter, tous deux astronomes du Space Telescope Science Institute de Baltimore, ont précisé que ces supergéantes bleues contiennent des quantités relativement modestes d'éléments plus lourds que l'hélium, que les astronomes appellent les métaux. Cela correspond à une pièce de puzzle apparente, à savoir que ces GRB ultra-longs semblent avoir une forte préférence intrinsèque pour les environnements à faible métallicité qui ne contiennent que des traces d'éléments autres que l'hydrogène et l'hélium.
«Les GRB de longue durée à haute métallicité existent mais sont rares», a déclaré Graham. «Ils se produisent à environ 1 / 25e du taux (par unité de formation d'étoiles) des événements de faible métallicité. C'est une bonne nouvelle pour nous ici sur Terre, car la probabilité que ce type de GRB se déclenche dans notre propre galaxie est bien moindre que ce que l'on pensait auparavant. »
Les astronomes ont discuté de leurs conclusions mardi lors du Symposium Huntsville Gamma-ray Burst 2013 à Nashville, Tennessee, une réunion parrainée en partie par l'Université de l'Alabama à Huntsville et les missions Swift et Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA. Les découvertes de Gendre apparaissent dans l’édition du 20 mars de The Astrophysical Journal.
Document: "L'ultra-long éclat gamma 111209A: l'effondrement d'une supergéante bleue?" B. Genre et al.
Article: «L'aversion des LGRB pour le métal». J. F. Graham et A. S. Fruchter.
Sources: téléconférence, NASA, Université de Warwick, CNRS
