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Un sursaut gamma pulvérise le record des explosions cosmiques

ActualitéClassé sous :Astronomie , sursaut gamma , fermi

La plus formidable explosion jamais observée vient d'être méticuleusment analysée. Convertissez en énergie la masse de cinq soleils : c'est ce que le sursaut GRB 080916C a libéré, sous forme de rayons X et gamma, en soixante secondes ! La luminosité a largement dépassé ce qu'auraient produit 8.000 étoiles explosant en supernovae. Pour les astrophysiciens, c'est une aubaine car cet événement fournit un test de la gravitation quantique.

Cette image de GRB 080916C dans le domaine gamma(couvrant un angle de 60 degrés) a été obtenue par le Large Area Telescope de Fermi dans les 100 secondes qui ont suivi son apparition le 16 septembre 2008 à 0 h 12 mn 45 s TU. Les points colorés représentent les rayons gamma de différentes énergies : moins de 100 millions d'eV (points rouges), 100 millions à 1 milliard d'eV (points verts), plus de 1 milliard d'eV (points bleus). La lumière visible transporte une énergie d'environ 2 à 3 électron-volts (eV). Crédit : CNRS-Nasa/DOE/Fermi LAT Collaboration

C'était le 16 septembre 2008 lorsque les instruments à bord du satellite Fermi ont détecté un sursaut gamma en direction de la constellation de la Carène. Une batterie de télescopes au sol et en orbite, comme ceux du satellite Swift. L'instrument Gamma-Ray Burst Optical/Near-Infrared Detector (GROND) équipant le télescope de 2,2 mètres Max Planck de l'ESO à La Silla au Chili ne tardèrent pas à prendre le relais des détecteurs Gamma-ray Burst Monitor et Large Area Telescope de Fermi.

En plus de donner une estimation de la puissance du sursaut gamma, ces instruments ont permis d'estimer sa distance à 12,2 milliards d'années-lumière et de découvrir que la matière expulsée par l'explosion devait se déplacer à la vitesse de 99,9999% de celle de la lumière.

Observé en rayons X par les instruments de Swift en orbite, le rayonnement rémanent de GRB 080916C est bien visible en couleurs orange et jaune. Crédit : NASA/Swift/Stefan Immler

L'origine probable d'une telle puissance est une hypernova, c'est-à-dire une étoile très massive dépassant les 40 masses solaires dont le cœur s'est effondré si rapidement qu'un trou noir est apparu, entraînant l'émission de deux jets de matière incroyablement énergétiques.

Les photons gamma émis sont tout aussi impressionnants car leurs énergies s'étendent sur une gamme allant de 3.000 à 5 milliards de fois celle de la lumière visible. Quelques photons atteignant même une énergie 30 milliards de fois supérieure ont même été enregistrés par les instruments de Fermi.

Le plus fascinant n’est peut-être pas là…

En effet, Fermi a enregistré des décalages de l'ordre de 5 secondes entre les temps d'arrivée de photons gamma de différentes énergies. Les processus de magnétohydrodynamique relativiste à l'œuvre dans une hypernova sont complexes et ces retards pourraient être dus à l'environnement particulier formé lors de l'explosion ou au processus d'émission des photons gamma eux-mêmes. Ce n'est d'ailleurs pas la première fois que de tels retards sont observés.

Le 17 septembre 2008, 31,7 heures après l'apparition du sursaut gamma GRB 080916C le télescope de 2,2m Max Planck de l'ESO à La Silla (Chili) a pris cette image dans l'infrarouge proche. Le GRB est entouré d'un cercle blanc et il s'agit du rayonnement rémanent du sursaut gamma. Crédit : MPE/GROND

Toutefois, les théories de gravitation quantique, comme la gravitation quantique en boucles (LQG), et surtout la théorie des supercordes prédisent l'apparition de décalage de ce genre !

Le grand théoricien John Ellis et ses collègues avaient été conduits, par leurs calculs sur la structure en écume de l'espace-temps à l'aide de la théorie des supercordes, à la conclusion que sur des distances cosmologiques et pour des photons gammas très énergétiques, la modification de la vitesse de propagation de ces derniers conduisait à une accumulation de retards infinitésimaux mais finalement observables.

Les observations de retards dans le rayonnement de GRB 080916C s'ajoutent à celles déjà connues et nul doute que d'autres les rejoindront dans les années à venir, notamment grâce à Fermi. Si l'on pouvait montrer que ces délais augmentent avec la distance et conduisent tous à une même estimation de l'énergie de Planck, on saurait alors que l'on est bel et bien en présence d’effets de gravitation quantique.

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