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GRB 090423 : un sursaut gamma témoin de la jeunesse de l'Univers

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Une batterie de télescopes terrestres a déterminé que le sursaut gamma repéré dans l'espace par le télescope Swift de la Nasa le 23 avril dernier était le plus ancien connu à ce jour. L'hypernova qui doit en être à l'origine est apparue alors que l'Univers observable n'avait pas 700 millions d'années d'âge.

Cette image combine les données de la Swift en ultraviolet (bleu), visible (vert) et dans le domaine des rayons X (orange, rouge). Le sursaut gamma au centre n'est pas dans le domaine de la lumière visible, ce qui implique qu'il s'est produit à une grande distance. L'image correspond à un champ de 6,3 minutes d'arc de côté. Crédit : NASA/Swift/Stefan Immler

Les astronomes poursuivent activement de par le monde la chasse aux sursauts gamma car ces phénomènes pourraient nous en apprendre beaucoup sur le premier milliard d'années de l'histoire du cosmos observable et même nous donner les une preuve de la validité de certains modèles de gravitation quantique, comme la théorie des supercordes.

L'un des outils employés pour cette traque est le satellite de la Nasa dénommé Swift, dont les instruments sont capables de détecter et d'étudier un sursaut gamma aussi bien dans le domaine gamma, dans un premier temps, que dans les domaines optique, ultraviolet et X dans un second temps. Et justement, le 23 avril 2009, Swift alerte le monde des astrophysiciens en signalant l'occurrence du sursaut GRB 090423.

Ce dernier n'ayant duré que 10 secondes. Il s'agissait très probablement d'une hypernova produite par la formation d'un trou noir dans le cœur d'une étoile géante de plusieurs dizaines de fois la masse du Soleil. L'effondrement du cœur de l'étoile et son explosion ont alors produit un faisceau intense et focalisé de rayons gamma dirigé par chance en direction des instruments de Swift.

Le décalage spectral du sursaut gamma est tel que son observation dans le domaine optique est impossible, en grande partie à cause des masses d'hydrogène interposées sur la trajectoire d'un photon dans le domaine visible, du fait de la distance cosmologique. La lumière rémanente observable se retrouve, comme on le voit dans le cercle ici, dans le domaine de l'infrarouge. Crédit : Gemini Observatory/NSF/AURA/D. Fox, A. Cucchiara (Penn State Univ.) et E. Berger (Harvard Univ.)

Un reste de la première génération d'étoiles

Très rapidement, les observations de Swift sont relayées au sol par celles de télescopes comme les United Kingdom Infrared Telescope et Gemini North Telescope sur le Mauna Kea, à Hawaï, mais aussi à l'aide du Galileo National Telescope de La Palma dans les îles Canaries et enfin par l'un des télescopes du VLT de l'ESO, au Cerro Paranal (Chili).

Les réponses fournies par ces différents télescopes sont concordantes et les chercheurs réalisent alors qu'ils viennent d'observer un événement cosmique parmi les plus violents de l'Univers alors que celui-ci ci n'était âgé que de 630 millions d'années !

L'étoile génitrice du sursaut gamma faisait donc partie de la première génération d'étoiles dans l'Univers observable, celle qui a fabriqué les tout premiers éléments lourds et a contribué à réioniser l'Univers vers la fin des âges sombres et du début de la Renaissance Cosmique.

Le décalage spectral vers le rouge (noté z), déterminé par exemple par l'équipe italienne de l'Université de Milan-Bicocca utilisant le télescope Galileo, est de 8,2, ce qui place l'occurrence de GRB 090423 avant la fin de la réionisation, qui s'est produite vers z = 6 environ. Le record de décalage spectral précédent, et donc d'ancienneté, était détenu par un sursaut gamma de septembre 2008. Ce dernier était de z = 6,7, ce qui le rend plus vieux de 190 millions d'années par rapport au début de l'histoire du cosmos observable.

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