Laboratoire d’images conceptuelles du Goddard Space Flight Center de la NASA
Les scientifiques sont en émoi depuis que plusieurs détecteurs spatiaux ont détecté un puissant sursaut gamma (GRB) en octobre 2022, un sursaut si énergétique que les astronomes l’ont surnommé le BOAT (Brightest Of All Time). Aujourd’hui, une équipe internationale d’astronomes a analysé un pic d’énergie inhabituel détecté par le télescope spatial à rayons gamma Fermi de la NASA et a conclu qu’il s’agissait d’un spectre d’émission, selon un nouvel article publié dans la revue Science. Selon les auteurs, il s’agit de la première ligne d’émission à haut niveau de confiance jamais observée en 50 ans d’étude des GRB.
Comme nous l’avons déjà signalé, les sursauts gamma sont des explosions de très haute énergie dans des galaxies lointaines, qui durent de quelques millisecondes à plusieurs heures. Il existe deux catégories de sursauts gamma. La plupart (70 %) sont de longs sursauts qui durent plus de deux secondes, souvent avec une rémanence brillante. Ils sont généralement liés à des galaxies à formation rapide d’étoiles. Les astronomes pensent que les sursauts longs sont liés à la mort d’étoiles massives qui s’effondrent pour former une étoile à neutrons ou un trou noir (ou, alternativement, un magnétar nouvellement formé). Le bébé trou noir produirait des jets de particules hautement énergétiques se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, suffisamment puissants pour percer les restes de l’étoile progénitrice, émettant des rayons X et des rayons gamma.
Ces sursauts gamma d’une durée inférieure à deux secondes (environ 30 %) sont considérés comme des sursauts courts, émis généralement depuis des régions où la formation d’étoiles est très faible. Les astronomes pensent que ces sursauts gamma sont le résultat de la fusion de deux étoiles à neutrons, ou d’une étoile à neutrons fusionnant avec un trou noir, constituant une « kilonova ». Cette hypothèse a été confirmée en 2017 lorsque la collaboration LIGO a capté le signal d’onde gravitationnelle de la fusion de deux étoiles à neutrons, accompagné des puissants sursauts gamma associés à une kilonova.
Plusieurs articles ont été publiés l’année dernière, faisant état des résultats analytiques de toutes les données d’observation. Ces résultats ont confirmé que GRB 221009A était bien le BOAT, apparaissant particulièrement brillant car son jet étroit pointait directement vers la Terre. Mais les diverses analyses ont également donné plusieurs résultats surprenants qui ont intrigué les astronomes. Le plus remarquable est qu’une supernova aurait dû se produire quelques semaines après l’explosion initiale, mais les astronomes n’en ont pas détecté, peut-être parce qu’elle était très faible et que d’épais nuages de poussière dans cette partie du ciel atténuaient toute lumière entrante.
Plus tôt cette année, des astronomes ont confirmé que le BOAT provenait d’une supernova, grâce aux signatures révélatrices d’éléments clés comme le calcium et l’oxygène que l’on s’attend à trouver dans une supernova. Cependant, ils n’ont pas trouvé de traces des éléments lourds attendus comme le platine et l’or, ce qui soulève la question de longue date de l’origine de ces éléments dans l’univers. Le BOAT pourrait bien être spécial à cet égard ; d’autres données nous en diront plus.
« Ça m’a donné la chair de poule »
Quelques minutes après l’éruption du BOAT, le moniteur de sursauts gamma de Fermi a enregistré un pic d’énergie inhabituel. Les scientifiques affirment aujourd’hui qu’il s’agit de la première ligne d’émission à haut niveau de confiance jamais observée en 50 ans d’étude des sursauts gamma.
Selon les auteurs, la ligne d’émission spectrale nouvellement détectée a probablement été provoquée par la collision de matière et d’antimatière, produisant une paire de rayons gamma décalés vers le bleu vers des énergies plus élevées parce que nous regardons dans le jet. Il est important d’avoir une émission spectrale associée à un GRB car elle peut éclairer les produits chimiques spécifiques impliqués dans les interactions. Des études antérieures ont rapporté des preuves possibles de lignes d’absorption ou d’émission dans d’autres GRB, mais il s’est généralement avéré qu’il s’agissait probablement de bruit statistique.
Ce n’est pas le cas avec cette dernière détection, selon Om Sharan Salafia, co-auteur de l’étude et de l’observatoire de Brera à Milan, en Italie. Elle ajoute que les chances qu’il s’agisse d’une fluctuation statistique sont « inférieures à une chance sur un demi-milliard ». Sa collègue et co-auteure de l’étude, Maria Edvige Ravasio, a déclaré que lorsqu’elle a vu le signal pour la première fois, « cela lui a donné la chair de poule ».
Pourquoi les astronomes ont-ils mis autant de temps à le détecter ? Lorsque le BOAT est entré en éruption pour la première fois en 2022, il a saturé la plupart des détecteurs de rayons gamma basés dans l’espace, y compris le télescope spatial Fermi, les rendant incapables de mesurer la partie la plus intense de cette explosion. La ligne d’émission n’est apparue que cinq bonnes minutes après l’explosion, lorsqu’elle s’est suffisamment atténuée pour que Fermi puisse effectuer une mesure. L’émission spectrale a duré environ 40 secondes et a atteint une énergie maximale d’environ 12 MeV, contre 2 ou 3 MeB pour la lumière visible, selon les auteurs.
Science, 2024. DOI : 10.1126/science.adj3638 (À propos des DOI).