Un trou noir en orbite rapprochée autour d'une géante bleue accumulant de la matière avec son disque et émettant deux jets. Il s'agit peut-être d'un stade précoce avant la formation de certains sursauts gamma longs. Crédit : Nasa / Honeywell Max-Q Digital Group / Dana Berry

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Des étoiles avalant un trou noir à l'origine de sursauts gamma longs ?

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Les sursauts gamma longs sont expliqués par le modèle des hypernovae, des étoiles si massives qu'un trou noir se forme en leur cœur, par effondrement gravitationnel, causant l'explosion de l'étoile. Mais ce modèle ne fonctionne pas toujours... Parfois, avancent deux astronomes, ce serait la fusion d'un trou noir externe avec l'étoile qu'il faudrait invoquer.

A la fin des années 1960, l'existence des sursauts gamma était tenue secrète par les militaires. En effet, leur découverte a été le sous-produit inattendu des détecteurs de flash gamma installés dans l'espace pour surveiller d'éventuels tests d'explosions nucléaires à l'époque de la guerre froide.

Révélée au cours des années 1970, l'existence des sursauts gamma rendit immédiatement les astrophysiciens perplexes et ce n'est que vers la fin des années 1990 que leur véritable nature commença à être vraiment comprise suite à des observations convaincantes. Si les sursauts gamma courts semblent le résultat de collisions entre étoiles à neutrons dans un système binaire à des distances cosmologiques peu importantes, il n'en va pas de même des sursauts longs. Ces derniers seraient majoritairement les produits de l'explosion d'étoiles très massives existant au début de l'histoire de l'Univers.

L'explosion de ces étoiles, plus lumineuses que les supernovae connues, aurait une explication singulière. Un trou noir se formerait dans le cœur de l'étoile, accrétant de la matière au fur et à mesure que le reste de l'étoile s'effondrerait. Un intense flux de neutrinos très énergétique en résulterait.

D'ordinaire, les neutrinos sont très pénétrants mais à des énergies très élevées et avec une production copieuse, la pression qu'ils peuvent exercer devient très importante. Elle expliquerait non seulement l'explosion en hypernova mais surtout la présence de jets de matière et de photons gamma très collimatés. Ces jets seraient émis le long de l'axe de rotation du trou noir en train d'avaler de la matière dans l'étoile progénitrice de l'hypernova.

Quand un trou noir tombe dans une étoile...

Pour Serguei Komissarov, un chercheur spécialisé en astrophysique relativiste de l'université de Leeds, les dernières données fournies par les observations du satellite Swift concernant certains sursauts gamma ne cadrent pas avec le modèle des neutrinos car l'instrument a mesuré des durées de l'ordre de 10.000 secondes, soit plus de deux heures.

Avec un collègue, il propose une autre explication dans un article sur Arxiv. Il faudrait considérer un trou noir en orbite rapprochée autour d'une étoile qui finirait par y plonger à cause de l'influence des couches supérieures de l'étoile, dilatées et entourant le trou noir, ce qui freinerait sa rotation en orbite. Une fois à l'intérieur, le trou noir lui-même formerait un disque d'accrétion pendant une durée assez longue en tournant rapidement sur lui-même.

A ce moment opèreraient des phénomènes de magnétohydrodynamique relativiste similaires à ceux à l'origine de l'extraordinaire luminosité des quasars. Le résultat final serait donc bien la production intense de photons gamma pendant une très longue durée.

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