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Réécrire l’histoire des sursauts gamma

Une explosion cosmique inhabituelle a jeté un pavé dans la mare de l’astronomie, amenant les scientifiques à repenser entièrement leurs connaissances des sursauts gamma (GRB) de courte et de longue durée.

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Ils devront revoir toutes leurs anciennes croyances au sujet des rayons gamma après une récente découverte faite par une équipe internationale d’astronomes. À la suite d’un GRB inhabituel, leurs recherches ont permis de révéler un événement de fusion hybride d’étoiles à neutrons jusqu’alors non observé. Les conclusions de ces astronomes ont été publiées dans la revue «Nature». Les GRB sont des radiations de haute énergie générées par d’immenses explosions cosmiques de rayons gamma et servent de signature pour différents types d’étoiles en fin de vie. Pendant des décennies, les astronomes ont cru bien comprendre la nature fondamentale des GRB, à savoir d’une part des sursauts de longue durée – plus de deux secondes – se produisant lorsqu’une étoile massive arrive en fin de vie et que son noyau s’effondre pour former un trou noir, entraînant l’explosion géante d’une supernova. D’autre part, des sursauts de courte durée, inférieurs à deux secondes, se produisant lorsque deux objets hyperdenses, tels que deux étoiles à neutrons, entrent en collision, dégageant une immense énergie dans une explosion appelée kilonova.

Le tableau général est complexe

«Les astronomes ont longtemps cru que les sursauts gamma se divisaient en deux catégories: les sursauts de longue durée provenant d’étoiles en implosion et les sursauts de courte durée provenant de la fusion d’objets stellaires compacts», déclare l’astrophysicien et co-auteur de l’étude, le Dr Chris Fryer, du Los Alamos National Laboratory (LANL), aux États-Unis, dans un communiqué de presse publié sur «EurekAlert!». «Mais dans un événement récemment observé, nous avons découvert une kilonova accompagnée d’un sursaut gamma de longue durée, ce qui a bouleversé cette image réductrice.» Les recherches qui ont conduit à l’identification du premier GRB de longue durée provenant d’une fusion d’étoiles à neutrons ont été soutenues par les projets BHianca et AHEAD2020 financés par l’UE. Le 11 décembre 2021, un certain nombre d’observatoires et de satellites ont détecté un GRB d’une luminosité presque sans précédent provenant de la périphérie d’une galaxie située à environ un milliard d’années-lumière. Nommé GRB 211211A, ce sursaut a duré 50 secondes, mais les caractéristiques de son émission ne correspondaient pas au profil des sursauts de longue durée. Des observations complémentaires ont conduit à l’identification d’une kilonova, qui avait jusqu’à présent été associée aux sursauts de courte durée, survenant lors de la fusion d’objets stellaires compacts. «Notre équipe de modélisation à Los Alamos a comparé ce phénomène à une série de simulations de supernova et de kilonova, et nous n’avons pas été en mesure de faire correspondre de manière convaincante ce signal à un modèle de supernova, alors que plusieurs modèles de kilonova donnent une bonne correspondance des points de données optiques et infrarouges», explique le Ryan Wollaeger du LANL, co-auteur de l’article. «Il reste cependant encore des travaux de modélisation théorique à réaliser pour comprendre pleinement ce transitoire.» Ce GRB inhabituel est la première preuve que les astronomes ont trouvé d’un événement hybride qui bouleverse leurs idées reçues sur les GRB. Eve Chase, co-auteure de l’étude et membre de l’équipe LANL, conclut: «Nous ne pouvons plus supposer que tous les sursauts de courte durée proviennent de fusions d’étoiles à neutrons, et les sursauts de longue durée de supernovae. Nous réalisons maintenant que les sursauts gamma sont beaucoup plus difficiles à classer. Cette détection repousse les limites de notre compréhension des sursauts gamma.» BHianca (Black Hole Interactions and Neutron star Collisions Across the universe) se termine en 2026. AHEAD2020 (Integrated Activities for the High Energy Astrophysics Domain) se termine en 2024. Les deux projets sont coordonnés par l’Université Tor Vergata de Rome. Pour plus d’informations, veuillez consulter: projet BHianca site web du projet AHEAD2020

Mots‑clés

BHianca, AHEAD2020, sursaut gamma, étoile, étoile à neutrons, kilonova, rayonnement, explosion cosmique