Les rafales de rayons gamma sont parmi les événements les plus énergétiques et explosifs de l’univers. Ils sont également de courte durée, de quelques millisecondes à environ une minute. Cela a rendu difficile pour les astronomes d’observer un éclat de rayons gamma en détail.
À l’aide d’un large éventail d’observations sur les télescopes terrestres et spatiales, une équipe internationale dirigée par les astronomes de l’Université de Maryland a construit l’une des descriptions les plus détaillées d’un rayonnement gamma à ce jour. L’événement, nommé GRB 160625B, a révélé des détails clés sur la phase initiale « rapide » des rafales de rayons gamma et l’évolution des gros jets de matière et d’énergie qui se forment à la suite de l’éclatement. Les résultats du groupe sont publiés dans le numéro du 27 juillet 2017 du journal Nature.
« Les rafales de rayons gamma sont des événements catastrophiques, liés à l’explosion d’étoiles massives 50 fois la taille de notre Soleil. Si vous classiez toutes les explosions dans l’univers en fonction de leur puissance, les rafales de rayons gamma seraient juste derrière le Big Bang « , a déclaré Eleonora Troja, chercheuse scientifique adjointe au département d’astronomie de l’UMD et auteur principale du document de recherche. « En quelques secondes, le processus peut émettre autant d’énergie qu’une étoile de la taille de notre Soleil au cours de sa vie entière. Nous sommes très intéressés à apprendre comment cela est possible. »
Les observations du groupe fournissent les premières réponses à des questions de longue date sur la façon dont une explosion de rayons gamma évolue au fur et à mesure que l’étoile qui mourra s’effondre pour devenir un trou noir. Tout d’abord, les données suggèrent que le trou noir produit un champ magnétique fort qui domine initialement les jets d’émission d’énergie. Alors, alors que le champ magnétique se décompose, la matière prend le dessus et commence à dominer les jets. La plupart des chercheurs en rafale 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 deux facteurs jouent les rôles clés.
« Il y a eu une dichotomie dans la communauté. Nous trouvons des preuves pour les deux modèles, ce qui suggère que les jets de rafale à rayons gamma ont une double nature hybride « , a déclaré Troja, qui est également chercheur invité au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Les jets commencent à être magnétiques, mais à mesure que les jets augmentent, le champ magnétique se dégrade et perd la dominance. La matière reprend et domine les jets, bien que parfois un plus faible vestige du champ magnétique puisse survivre.
Les données suggèrent également que le rayonnement synchrotron – qui résulte lorsque les électrons sont accélérés dans une voie courbe ou en spirale – alimente la phase initiale et extrêmement brillante de l’éclatement, connue sous le nom de phase « rapide ». Les astronomes ont longtemps considéré deux autres principaux candidats en plus du rayonnement synchrotron: le rayonnement du corps noir, résultant de l’émission de chaleur d’un objet et du rayonnement compton inverse, qui résulte lorsqu’une particule accélérée transfère de l’énergie vers 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 de l’éclatement », a déclaré Troja. « Notre étude fournit des preuves convaincantes que l’émission rapide des rayons gamma est générée par le rayonnement synchrotron. C’est une réalisation importante car, malgré des décennies d’investigation, le mécanisme physique qui déclenche les rafales de rayons gamma n’a pas encore été identifié sans ambiguïté « .
Une couverture complète du GRB 160625B provenant d’une grande variété de télescopes qui ont recueilli des données dans de multiples spectres a rendu ces conclusions possibles, ont indiqué les chercheurs.
« Les rafales des rayons gamma se produisent à des distances cosmologiques, dont certains remontent à la naissance de l’univers », a déclaré Alexander Kutyrev, chercheur associé au UMD Department of Astronomy et co-auteur du document de recherche. « Les événements sont imprévisibles et une fois que l’éclatement se produit, il est parti. Nous sommes très heureux d’avoir des observations provenant d’une grande variété de sources, en particulier lors de la phase rapide, ce qui est très difficile à saisir. »
Le télescope spatial de rayonnement gamma Fermi de la NASA a d’abord détecté l’émission de rayons gamma du GRB 160625B. Peu de temps après, le télescope MASTER-IAC au sol, une partie du réseau de télescopes robotisés MASTER de la Russie situé 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 critiques sur la proportion de lumière optique polarisée par rapport à la lumière totale produite par la phase rapide. Étant donné que le rayonnement synchrotron est l’un des phénomènes un nombre limité de phénomènes qui peuvent créer une lumière polarisée, ces données constituent le lien crucial entre le rayonnement synchrotron et la phase rapide du GRB 160625B.
Un champ magnétique peut également influer sur la quantité de lumière polarisée émise lorsque le temps passe et que l’éclatement évolue. Parce que les chercheurs ont pu analyser les données de polarisation qui ont parcouru presque tout le cadre temporel de l’éclatement – une réalisation rare – ils ont pu discerner la présence d’un champ magnétique et suivre comment il a changé en tant que GRB 160625B a progressé.
« Il existe très peu de données sur les émissions polarisées des rayons gamma », a déclaré Kutyrev, qui est également scientifique associé au Goddard Space Flight Center de la NASA. « Ce rafale était unique car 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 existe relativement peu de télescopes avec cette capacité. Cet article montre combien peut être fait, mais pour obtenir des résultats comme celui-ci de façon constante, nous aurons besoin de nouvelles installations de réponse rapide pour observer les éclatements de rayons gamma « .
En plus des observations de rayons gamma et de lumière optique, le vaisseau Swift Gamma-ray Burst Mission de la NASA a capté des données radiographiques et ultraviolettes. La caméra Reionization and Transient InfraRed / Optical Project – une collaboration entre la NASA, le système de l’Université de Californie et l’Université nationale autonome du Mexique installée à l’Observatoire Astrónomico Nacional du Mexique en Basse-Californie – a capturé des données infrarouges. Le groupe a également recueilli des observations sur la radio de l’Association australienne de recherche scientifique et industrielle de l’Australia Telescope Compact Array, situé au nord de Sydney dans les régions rurales de la Nouvelle-Galles du Sud et de la très grande antenne de l’Observatoire national de la radio-astronomie à l’extérieur de Socorro, au Nouveau-Mexique.
La Source: http://bit.ly/2uHpw3u
