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28 février 1997 – Le mystère des sursauts Gamma

Measuring Gamma-Ray Bursts' hidden energy reveals clues to the evolution of the universeGRB 970228 était une rafale de rayons gamma  What's the biggest gamma-ray burst ever recorded? | BBC Science Focus MagazineA-t-on déjà observé la source d’une éruption/explosion d’un rayon gamma ?Gamma ray bursts could help unravel how fast the universe is expanding | New ScientistLa découverte peut être « Smoking Gun » dans Gamma Ray Burst Mystery 23.6 Le mystère des sursauts gamma

La mort des cieux via une rafale de rayons gamma?La mort des cieux via une rafale de rayons gamma?ImageGRB 970228 était une rafale de rayons gamma (GRB). C’était le premier GRB qui avait une rémanence. Il a été vu le 28 février 1997. Depuis 1993, les scientifiques avaient prédit que les GRB seraient suivis de lueurs résiduelles. Mais, jusqu’à cet événement, les GRB n’avaient été vus que dans des rafales de rayons gamma de haute énergie. La courbe de lumière de l’éclatement présentait plusieurs pics. Elle a duré environ 80 secondes. La courbe de lumière n’était pas normale. Cela suggère qu’une supernova a pu se produire également. GRB 970228 s’est produite au même endroit qu’une galaxie située à environ 8,1 milliards d’années-lumière. Cela signifie que les GRB se produisent en dehors de la Voie lactée.

 

Cause  ImageReichart a montré que la courbe de lumière du GRB 970228 ne pouvait être causée que par une supernova. La preuve définitive du lien entre les sursauts gamma et les supernovae a finalement été trouvée dans le spectre du GRB 020813, et la rémanence du GRB 030329. Cependant, les caractéristiques d’une supernova ne deviennent apparentes que dans les semaines suivant une explosion, ce qui laisse la possibilité que les premières variations de luminosité puissent être expliquées par les échos de poussière.

Sursaut gammaSursaut gamma

Dans l’univers, des évènements cosmiques d’une puissance considérable, dégagent une énergie incalculable. Ces évènements cosmiques ne sont pas rares, au contraire, ce sont les sursauts gamma ou bouffées de rayons gamma. Imaginons que toute la masse du Soleil, en l’espace de quelques secondes, soit convertie en énergie pure, (E=MC²). Alors, des radiations de très haute énergie, traverseraient la galaxie toute entière. C’est ce type d’évènements cosmiques que les scientifiques américains ont découvert par hasard en 1967, alors qu’ils essayaient de détecter d’éventuelles traces d’explosions nucléaires, de la part des russes. Les satellites militaires américains du « Projet Vela » dont la première mise en orbite date de 1963, étaient chargés de contrôler l’application du traité, portant sur l’interdiction des tests atomiques atmosphériques. C’est à cette occasion que les premiers sursauts gamma ont été observés. Ces phénomènes cosmiques sont de courtes durées, de quelques secondes à quelques minutes, et difficilement observables car ils laissent peu de temps pour orienter précisément les télescopes terrestres et spatiaux, les plus sensibles.Measuring gamma-ray bursts' hidden energy unearths clues about the ... Ces bouffées cosmiques mystérieuses sont comme des flashs qui apparaissent n’importe où dans le ciel lointain, sans véritable source précise. Ils se répartissent de façon aléatoire sur la sphère céleste. Lorsque les astronomes arrivaient à observer l’endroit de la source, toutes traces visibles, avaient disparues. Les sursauts gamma étaient si insaisissables que peu d’astronomes orientaient leur recherche sur cette énigme. Certains pensaient que ces sursauts venaient d’étoiles à neutrons, situées dans notre galaxie. Nous ne voyons notre Galaxie que par la tranche, ces flashs devaient nous parvenir de la tranche, alors qu’ils se répartissaient dans toutes les directions du cosmos. ImageCes flashs ne pouvant venir que des autres galaxies, quelle puissance fallait-il à ces bouffées pour nous parvenir ? Une puissance inimaginable, des milliards de milliards de fois celle du Soleil et c’est cela qui posait problème aux scientifiques, car plus ces flashs étaient éloignés, plus ils devaient être puissants. Des explosions aussi colossales devaient avoir des effets secondaires, comme, laisser une trace, une lumière rémanente. Les scientifiques devaient absolument détecter cette lueur tardive pour comprendre les sursauts gamma provenant du fond du cosmos. Mais pour capter cette lueur tardive il fallait pointer les télescopes, très rapidement vers la source gamma supposée.undefinedLe 28 février 1997, c’est avec le satellite italo-hollandais BeppoSAX, équipé d’un détecteur de rayonnement gamma, que les scientifiques observeront, pour la première fois, une émission rémanente sur d’autres longueurs d’ondes que celle du rayonnement gamma. Depuis 2004, le télescope SWIFT, permet un pointage très rapide de ses deux instruments d’imagerie X et optique. Avec SWIFT, les scientifiques peuvent observer l’émission rémanente du sursaut, dans les premières minutes après le flash gamma. SWIFT, le satellite de la NASA a été conçu spécifiquement pour expliquer ces phénomènes. Mais une autre énigme était à résoudre. Quelle est le corps céleste capable de dégager une force titanesque à l’origine des sursauts gamma ? Il semble que les sursauts gamma soient liés aux stades ultimes de l’évolution stellaire et aux trous noirs. Ce sont des phénomènes cosmiques extrêmement puissants, probablement les plus puissants de l’Univers après le Big Bang lui-même.Sursaut gammaLe 28 février 1997 les instruments de Beppo-SAX détectent le sursaut gamma GRB 970228 puis observent quelques heures plus tard une nouvelle source de rayonnement X dont la position est fournie avec une précision de 50 secondes d’arc. Pour la première fois une rémanence du phénomène était observée dans une autre longueur d’onde. L’information est relayée aux observatoires terrestres et une contrepartie optique (en lumière visible), qui disparait moins d’une semaine plus tard, est découverte sur une photographie prise le même jour par le télescope William-Herschel implanté dans les Îles Canaries. La position de GRB 970228 a été obtenue avec une précision d’une seconde d’arc ce qui permet au télescope Hubble de découvrir à cet emplacement une tache floue bleuâtre que la plupart des spécialistes identifient comme une galaxie lointaine.

 La découverte peut être « Smoking Gun » dans Gamma Ray Burst Mysteryl7S6Une équipe internationale d’astronomes universitaires et de la NASA a détecté un éclair de lumière provenant d’une galaxie lointaine – une sentinelle qui pourrait définitivement résoudre un mystère de 30 ans en astrophysique en démontrant que les sursauts gamma cosmiques proviennent des confins lointains de l’univers.

Une équipe dirigée par le Dr Jan van Paradijs , l’éminent chercheur Pei-Ling Chan en physique à l’Université de l’Alabama à Huntsville et professeur d’astronomie à l’Université d’Amsterdam, a identifié une galaxie sombre et lointaine comme source possible d’un sursaut gamma qui a balayé le ciel le 28 février.

Travaillant depuis le Space Sciences Laboratory du Marshall Space Flight Center de la NASA , van Paradijs et son équipe internationale ont utilisé les données de trois satellites, de deux observatoires optiques et d’un observatoire radio pour tenter de déterminer l’origine de la sursaut.

Son équipe comprend le Dr Chryssa Kouveliotou de l’Association de recherche spatiale des universités à Marshall, le Dr Richard Strom de l’Observatoire radio de Westerbork aux Pays-Bas et les étudiants diplômés Paul Groot et Titus Galama de l’Université d’Amsterdam.

Les résultats détaillés de leurs recherches ont été acceptés pour publication dans la revue scientifique Nature . Ces découvertes pourraient obliger de nombreux astrophysiciens à repenser leurs théories sur les origines de ces violentes explosions d’énergie.Killer gamma-ray bursts? Forget about it!L’un des phénomènes les moins compris en astrophysique, les sursauts gamma sont de puissants éclairs de rayons gamma qui sont détectés environ une fois par jour à partir d’emplacements aléatoires dans le ciel. Les rayons gamma sont des rayonnements électromagnétiques à l’extrémité la plus élevée du spectre énergétique, transportant des énergies près d’un million de fois supérieures à la lumière visible.

Lorsqu’ils se produisent, les sursauts gamma éclipsent toutes les autres sources de rayons gamma combinées.

La découverte des sursauts gamma à la fin des années 1960 était accidentelle. Depuis lors, les astronomes qui ont essayé de trouver la source des sursauts gamma n’ont rien trouvé d’inhabituel lorsqu’ils ont regardé dans les directions d’où provenaient les sursauts.

Des théories concurrentes, développées à l’aide des données de l’expérience orbitale Burst and Transient Source Experiment (BATSE) de la NASA, placent les origines des sursauts soit juste à l’extérieur de la galaxie de la Voie lactée dans un grand halo sphérique, soit dans des parties éloignées de l’univers à ce que les astronomes appellent des « distances cosmologiques ». . » Hubble's greatest discoveries: the cause of gamma-ray bursts | BBC Science Focus MagazineLe 28 février, le moniteur de sursaut gamma à bord du satellite italo-néerlandais BeppoSAX a détecté un sursaut gamma qui se trouvait également dans le champ de vision de l’une des caméras à champ large SAX. Construites par l’Organisation néerlandaise de recherche spatiale (SRON), ces caméras peuvent localiser dans le ciel la position d’une rafale dans un cercle d’environ un cinquième du diamètre de la Lune vue de la Terre.

Les détecteurs de sursauts gamma à bord des engins spatiaux Ulysse et Wind ont également vu le sursaut.

« Avec l’emplacement réduit à cette petite zone, nous avons pu obtenir quelques images optiques de cette région du ciel avec le télescope William Herschel de 4,2 mètres de l’observatoire de La Palma dans les îles Canaries », a déclaré van Paradijs. « Nous avons pris notre première image à peine 21 heures après la détection du sursaut, et la seconde environ une semaine plus tard. Nous avons été stupéfaits par ce que nous avons vu. »Gamma Ray Bursts From SpaceDans la première image, van Paradijs et son équipe ont trouvé une source lumineuse qui n’apparaît pas sur la seconde, apparemment un « transitoire optique » très recherché et presque légendaire.

Dans les huit heures suivant la détection de l’éclatement, le vaisseau spatial BeppoSAX a été manœuvré pour pointer ses instruments d’imagerie à rayons X plus précis à l’emplacement indiqué par la caméra grand champ. Les détecteurs de rayons X ont vu une source de rayons X brillante, 5 000 fois plus faible que la nébuleuse du Crabe. Sa position a été réduite à moins d’une minute d’arc (un sixième du diamètre de la boîte d’origine), ce qui correspond à la source du sursaut gamma.

Trois jours plus tard, la source de rayons X avait pratiquement disparu, sa luminosité diminuant de près d’un facteur 20.

« Les résultats des rayons X en eux-mêmes sont déjà très excitants », a déclaré van Paradijs. « Mais maintenant que nous avons également un transitoire optique, nous pouvons fixer sa position à mieux qu’une seconde d’arc (un soixantième de la boîte d’une minute d’arc). »

23.6 Le mystère des sursauts gamma23.6 The Mystery of the Gamma-Ray Bursts – Douglas College Astronomy 1105À la fin de cette section, vous serez en mesure de :

  • Donnez un bref historique de la façon dont les sursauts gamma ont été découverts et quels instruments ont rendu la découverte possible
  • Expliquez pourquoi les astronomes pensent que les sursauts gamma diffusent leur énergie plutôt que de rayonner uniformément dans toutes les directions
  • Décrire comment le rayonnement d’un sursaut gamma et sa rémanence sont produits
  • Expliquer en quoi les sursauts gamma de courte durée diffèrent des sursauts plus longs et décrire le processus qui produit les sursauts gamma de courte durée
  • Expliquez pourquoi les sursauts gamma peuvent nous aider à comprendre l’univers primiti

    undefinedÉtant donné que les explosions nucléaires produisent la forme la plus énergétique d’ondes électromagnétiques appelées rayons gamma (voir Rayonnement et spectres ), les satellites Vela contenaient des détecteurs pour rechercher ce type de rayonnement. Les satellites n’ont détecté aucun événement confirmé d’activités humaines, mais ils ont détecté, à la surprise générale, de courtes rafales de rayons gamma provenant de directions aléatoires dans le ciel. La nouvelle de la découverte a été publiée pour la première fois en 1973; cependant, l’origine des éclats restait un mystère. Personne ne savait ce qui produisait les brefs éclairs de rayons gamma ou à quelle distance se trouvaient les sources.

    De quelques rafales à des milliersAstronomers Observe Host Galaxy of Extremely Bright and Long Gamma-Ray Burst | Astronomy | Sci-News.comAvec le lancement du Compton Gamma-Ray Observatory par la NASA en 1991, les astronomes ont commencé à identifier de nombreux autres sursauts et à en apprendre davantage à leur sujet, comme le montre la figure 1 . Environ une fois par jour, le satellite de la NASA a détecté un éclair de rayons gamma quelque part dans le ciel qui a duré d’une fraction de seconde à plusieurs centaines de secondes. Avant les mesures de Compton, les astronomes s’attendaient à ce que l’endroit le plus probable pour les sursauts soit le disque principal de notre propre Galaxie (en forme de crêpe). Si cela avait été le cas, cependant, plus d’éclats auraient été vus dans le plan bondé de la Voie lactée qu’au-dessus ou en dessous. Au lieu de cela, les sources des rafales ont été distribuées de manière isotrope; c’est-à-dire qu’ils pourraient apparaître n’importe où dans le ciel sans préférence pour une région plutôt qu’une autre. Presque jamais une deuxième rafale n’est venue du même endroit.

    Compton détecte les sursauts gamma.
    Compton détecte les sursauts gamma. Le GRO est vu dans le panneau (a), à gauche, depuis la soute de la navette spatiale Atlantis avec la Terre en arrière-plan. Le panneau (b), à droite, montre une carte de tout le ciel des observations GRO. La distribution des sursauts gamma est uniforme sur tout le ciel.Pour avoir une bonne idée visuelle de la mesure dans laquelle les rafales proviennent de partout dans le ciel, regardez cette courte vidéo animée de la NASA montrant l’emplacement des 500 premières rafales trouvées par le dernier satellite Swift Pendant plusieurs années, les astronomes ont activement débattu pour savoir si les sources de sursaut étaient relativement proches ou très éloignées – les deux possibilités de sursauts qui sont distribués de manière isotrope.Les emplacements proches peuvent inclure le nuage de comètes qui entoure le système solaire ou le halo de notre Galaxie, qui est grand et sphérique, et qui nous entoure également dans toutes les directions. Si, au contraire, les sursauts se produisaient à de très grandes distances, ils pourraient provenir de galaxies lointaines, elles aussi réparties uniformément dans toutes les directions.

    undefinedLes hypothèses très locales et très lointaines nécessitaient que quelque chose d’étrange se produise. Si les sursauts provenaient des confins froids de notre propre système solaire ou du halo de notre Galaxie, alors les astronomes devaient émettre l’hypothèse d’un nouveau type de processus physique qui pourrait produire des éclairs imprévisibles de rayons gamma à haute énergie dans ces zones autrement calmes. régions de l’espace. Et si les sursauts provenaient de galaxies à des millions ou des milliards d’années-lumière, alors ils doivent être extrêmement puissants pour être observables à de si grandes distances ; en effet, ils devaient être parmi les plus grandes explosions de l’univers.undefinedLes premières rémanences

    Le problème d’essayer de comprendre la source des sursauts gamma était que nos instruments de détection des rayons gamma ne pouvaient pas localiser l’endroit exact dans le ciel où le sursaut se produisait. Les premiers télescopes à rayons gamma n’avaient pas une résolution suffisante. C’était frustrant car les astronomes soupçonnaient que s’ils pouvaient déterminer la position exacte de l’un de ces sursauts rapides, ils seraient alors en mesure d’identifier une contrepartie (comme une étoile ou une galaxie) à d’autres longueurs d’onde et d’en apprendre beaucoup plus sur le sursaut, y compris d’où ça vient. Cela nécessiterait cependant soit des améliorations majeures de la technologie des détecteurs de rayons gamma pour fournir une meilleure résolution, soit une détection de la salve à une autre longueur d’onde. Au final, les deux techniques ont joué un rôle.undefined

    La percée est venue avec le lancement du satellite italien néerlandais BeppoSAX en 1996. BeppoSAX comprenait un nouveau type de télescope à rayons gamma capable d’identifier la position d’une source beaucoup plus précisément que les instruments précédents, à quelques minutes d’arc sur le ciel. . En soi, cependant, il n’était pas encore assez sophistiqué pour déterminer la source exacte du sursaut gamma. Après tout, une boîte de quelques minutes d’arc de côté pouvait encore contenir de nombreuses étoiles ou autres objets célestes.Gamma-ray Burst Surprise - Sky & Telescope - Sky & TelescopeCependant, la résolution angulaire de BeppoSAX était suffisamment bonne pour dire aux astronomes où pointer d’autres télescopes plus précis dans l’espoir de détecter une émission électromagnétique à plus longue durée de vie des rafales à d’autres longueurs d’onde. La détection d’une rafale à des longueurs d’onde de lumière visible ou radio pourrait fournir une position précise à quelques secondes d’arc et permettre de localiser la position d’une étoile ou d’une galaxie individuelle. BeppoSAX transportait son propre télescope à rayons X à bord du vaisseau spatial pour rechercher un tel homologue, et les astronomes utilisant des installations de lumière visible et de radio au sol étaient également impatients de rechercher ces longueurs d’onde.undefinedDeux observations cruciales de sursaut BeppoSAX en 1997 ont aidé à résoudre le mystère des sursauts gamma. Le premier sursaut est venu en février de la direction de la constellation d’Orion. En moins de 8 heures, les astronomes travaillant avec le satellite avaient identifié la position du sursaut et réorienté le vaisseau spatial pour focaliser le détecteur de rayons X de BeppoSAX sur la source. À leur grande joie, ils ont détecté une source de rayons X qui s’estompait lentement 8 heures après l’événement, la première détection réussie d’une rémanence d’un sursaut gamma. Cela a fourni une localisation encore meilleure de la rafale (précise à environ 40 secondes d’arc), qui a ensuite été distribuée aux astronomes du monde entier pour essayer de la détecter à des longueurs d’onde encore plus longues.Swift Gamma-Ray Burst Explorer Mission | Multiwavelength AstronomyCette même nuit, le télescope William Herschel de 4,2 mètres sur les îles Canaries a trouvé une source de lumière visible décolorée à la même position que la rémanence des rayons X, confirmant qu’une telle rémanence pouvait également être détectée dans la lumière visible. Finalement, la rémanence s’est estompée, mais il restait à l’emplacement du sursaut gamma d’origine une source faible et floue juste à l’endroit où se trouvait le point de décoloration de la lumière – une galaxie lointaine comme illustré à la figure 2 . C’était la première preuve que les sursauts gamma étaient en effet des objets très énergétiques de très loin. Cependant, il restait également possible que la source de sursaut soit beaucoup plus proche de nous et s’aligne avec une galaxie plus éloignée, donc cette seule observation n’était pas une démonstration concluante de l’origine extragalactique des sursauts gamma.undefinedSursaut gamma.

    Rémanence d'un éclatement de rayons gamma. À gauche se trouve une image HST de la région du GRB, avec la galaxie source indiquée par un cadre blanc. A droite, l'agrandissement montre la galaxie "hôte" au centre, entourée de blanc et indiquée par une flèche. La "Source" est un pixel lumineux en haut à droite de l'hôte, également entouré de blanc et indiqué par une flèche.
    Figure 2. Cette image en fausses couleurs du télescope spatial Hubble, prise en septembre 1997, montre l’évanouissement de la rémanence du sursaut gamma du 28 février 1997 et la galaxie hôte d’où provient le sursaut. La vue de gauche montre la région de la rafale. L’agrandissement montre la source du sursaut et ce qui semble être sa galaxie hôte. Notez que la source de rayons gamma n’est pas au centre de la galaxie. (crédit : modification des travaux d’Andrew Fruchter (STScI), Elena Pian (ITSRE-CNR) et NASA, ESA)

    Le 8 mai de la même année, une rafale est venue de la direction de la constellation Camelopardalis. Dans un effort international coordonné, BeppoSAX a de nouveau fixé une position raisonnablement précise, et presque immédiatement un télescope sur Kitt Peak en Arizona a pu capturer la rémanence de la lumière visible. En 2 jours, le plus grand télescope du monde (le Keck à Hawaï) a collecté suffisamment de lumière pour enregistrer un spectre du sursaut. Le spectre de rémanence du sursaut gamma de mai a montré des caractéristiques d’absorption d’un objet flou situé à 4 milliards d’années-lumière du Soleil, ce qui signifie que l’emplacement du sursaut devait être au moins aussi éloigné – et peut-être même plus loin. (Comment les astronomes peuvent obtenir la distance d’un tel objet à partir du décalage Doppler dans le spectre est quelque chose dont nous discuterons dans Galaxies.) Ce que montrait ce spectre était une preuve claire que le sursaut gamma avait eu lieu dans une galaxie lointaine.undefinedRéseauter pour capturer plus de rafales

    Après que les observations initiales aient montré que les emplacements précis et les rémanences des sursauts gamma pouvaient être trouvés, les astronomes ont mis en place un système pour capturer et localiser les sursauts de manière régulière. Mais pour réagir aussi rapidement que nécessaire pour obtenir des résultats utilisables, les astronomes ont réalisé qu’ils devaient s’appuyer sur des systèmes automatisés plutôt que sur des observateurs humains se trouvant au bon endroit au bon moment.

    Désormais, lorsqu’un télescope à haute énergie en orbite découvre une rafale, sa position approximative est immédiatement transmise à un réseau de coordonnées gamma basé au Goddard Space Flight Center de la NASA, alertant les observateurs au sol en quelques secondes pour rechercher la lumière visible. rémanence.A two-minute long burst of gamma-rays is changing everything we know about GRBs | BGRLe premier grand succès de ce système a été obtenu par une équipe d’astronomes de l’Université du Michigan, du Lawrence Livermore National Laboratory et des Los Alamos National Laboratories, qui ont conçu un appareil automatisé appelé Robotic Optical Transient Search Experiment ( ROTSE ) , qui a détecté un équivalent en lumière visible très brillant en 1999. Au maximum, le sursaut était presque aussi brillant que Neptune, malgré une distance (mesurée plus tard par des spectres de télescopes plus grands) de 9 milliards d’années-lumière.

    Plus récemment, les astronomes ont pu aller plus loin en utilisant des télescopes à large champ de vision pour observer de grandes parties du ciel dans l’espoir qu’un sursaut gamma se produise au bon endroit et au bon moment, et être enregistré par la caméra du télescope. Ces télescopes à grand champ ne sont pas sensibles aux sources faibles, mais ROTSE a montré que les rémanences des sursauts gamma pouvaient parfois être très brillantes.undefinedLes espoirs des astronomes ont été justifiés en mars 2008, lorsqu’un sursaut gamma extrêmement brillant s’est produit et que sa lumière a été capturée par deux systèmes de caméras à grand champ au Chili : le polonais « Pi of the Sky » et le russo-italien TORTORA [Telescopio Ottimizzato per la Ricerca dei Transienti Ottici Rapidi (italien pour télescope optimisé pour la recherche de transitoires optiques rapides)] (illustré à la figure 3 ). Selon les données prises par ces télescopes, pendant une période d’environ 30 secondes, la lumière du sursaut gamma était suffisamment brillante pour qu’elle aurait pu être vue à l’œil nu si une personne avait regardé au bon endroit au bon endroit. temps. Ajoutant à notre étonnement, des observations ultérieures par de plus grands télescopes ont démontré que l’éclatement s’est produit à une distance de 8 milliards d’années-lumière de la Terre !undefinedSursaut gamma observé en mars 2008.

    Gamma Ray Burst observé en mars 2008. L'image de gauche montre GRB 080319B dans les rayons X sous la forme d'un noyau allongé et brillant avec de faibles flux de lumière se projetant vers l'extérieur à partir du centre. L'image de droite montre le même objet en lumière visible, apparaissant maintenant comme une faible lueur circulaire rouge entourant une étoile près du centre de l'image.
    Figure 3. La rémanence extrêmement lumineuse de GRB 080319B a été imagée par l’Observatoire Swift en rayons X (à gauche) et en lumière visible/ultraviolet (à droite). (crédit : modification du travail par NASA/Swift/Stefan Immler, et al.)
    Transmettre ou ne pas transmettre

    Les distances énormes jusqu’à ces événements signifiaient qu’ils devaient être incroyablement énergiques pour apparaître aussi brillants qu’ils l’étaient sur une distance aussi énorme. En fait, ils nécessitaient tellement d’énergie que cela posait problème aux modèles de sursaut gamma : si la source rayonnait de l’énergie dans toutes les directions, alors l’énergie libérée en rayons gamma seuls lors d’un sursaut lumineux (comme les événements de 1999 ou 2008 ) aurait été équivalente à l’énergie produite si la masse entière d’une étoile semblable au Soleil était soudainement convertie en rayonnement pur.Gamma-Ray Bursts: The Biggest Explosions Since the Big Bang Edo ...Pour une source, produire autant d’énergie aussi rapidement (en rafale) est un véritable défi. Même si l’étoile produisant le sursaut gamma était beaucoup plus massive que le Soleil (comme c’est probablement le cas), il n’existe aucun moyen connu de convertir autant de masse en rayonnement en quelques secondes. Cependant, il existe un moyen de réduire la puissance requise du « mécanisme » qui produit les sursauts gamma . Jusqu’ici, notre discussion a supposé que la source des rayons gamma dégage la même quantité d’énergie dans toutes les directions, comme une ampoule à incandescence.A photo of HETE-2 in its deployed state being looked at by scientists before its launch.Mais comme nous en discutons dans Pulsars et la découverte des étoiles à neutrons , toutes les sources de rayonnement dans l’univers ne sont pas comme ça. Certains produisent de fins faisceaux de rayonnement concentrés dans une ou deux directions seulement. Un pointeur laser et un phare sur l’océan sont des exemples de telles sources rayonnées sur Terre, comme le montre la figure 4 . Si, lorsqu’un sursaut se produit, les rayons gamma ne sortent que dans un ou deux faisceaux étroits, alors nos estimations de la luminosité de la source peuvent être réduites et les sursauts peuvent être plus faciles à expliquer. Dans ce cas, cependant, le faisceau doit pointer vers la Terre pour que nous puissions voir l’éclatement. Ceci, à son tour, impliquerait que pour chaque sursaut que nous voyons depuis la Terre, il y en a probablement beaucoup d’autres que nous ne détectons jamais parce que leurs faisceaux pointent dans d’autres directions.

    Burst qui est rayonné.
    Illustration des faisceaux lumineux. Une étoile « rayonnante » est dessinée en jaune au centre d'un nuage circulaire de gaz lumineux. Deux faisceaux, également dessinés en jaune, émanent des côtés opposés de l'étoile, l'un pointant vers le haut à droite et l'autre vers le bas à gauche.
    Figure 4. La conception de cet artiste montre une illustration d’un type de sursaut gamma. L’effondrement du noyau d’une étoile massive dans un trou noir a produit deux faisceaux de lumière brillants provenant des pôles de l’étoile, qu’un observateur dirigé le long de l’un de ces axes verrait comme un sursaut gamma. Les étoiles bleues chaudes et les nuages ​​​​de gaz à proximité sont censés montrer que l’événement s’est produit dans une région active de formation d’étoiles. (crédit : NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith et John Jones)
    Sursauts gamma de longue durée : Explosion d’étoiles

    Après avoir identifié et suivi un grand nombre de sursauts gamma, les astronomes ont commencé à rassembler des indices sur le type d’événement qui serait responsable de la production du sursaut gamma. Ou, plutôt, quel genre d’ événements , car il existe au moins deux types distincts de sursauts gamma s. Les deux, comme les différents types de supernovae, sont produits de manière complètement différente.

    D’un point de vue observationnel, la distinction cruciale est la durée de la rafale. Les astronomes divisent désormais les sursauts gamma en deux catégories : ceux de courte durée (définis comme durant moins de 2 secondes, mais typiquement une fraction de seconde) et ceux de longue durée (définis comme durant plus de 2 secondes, mais typiquement environ une minute).

    Tous les exemples que nous avons évoqués jusqu’ici concernent le sursaut gamma de longue durée s. Ceux-ci constituent la plupart des sursauts gamma que nos satellites détectent, et ils sont également plus brillants et plus faciles à repérer. Plusieurs centaines de sursauts gamma de longue durée et les propriétés des galaxies dans lesquelles ils se sont produits ont maintenant été étudiés en détail. On observe universellement que les sursauts gamma de longue durée proviennent de galaxies lointaines qui fabriquent encore activement des étoiles. On les trouve généralement situés dans des régions de la galaxie avec une forte activité de formation d’étoiles (comme les bras spiraux). Rappelons que plus une étoile est massive, moins elle passe de temps à chaque étape de sa vie. Cela suggère que les sursauts proviennent d’un type d’étoile jeune et de courte durée, et donc massive.

    De plus, dans plusieurs cas où un sursaut s’est produit dans une galaxie relativement proche de la Terre (à quelques milliards d’années-lumière), il a été possible de rechercher une supernova à la même position – et dans presque tous ces cas, les astronomes ont trouvé des preuves de l’explosion d’une supernova de type Ic. Un type Ic est un type particulier de supernova, dont nous n’avons pas parlé dans les premières parties de ce chapitre ; ceux-ci sont produits par une étoile massive qui a été dépouillée de sa couche d’hydrogène externe. Cependant, seule une infime fraction des supernova e de type Ic produit des sursauts gamma.

    Pourquoi une étoile massive avec ses couches externes manquantes produirait-elle parfois un sursaut gamma en même temps qu’elle explose en supernova ? L’explication que les astronomes ont à l’esprit pour l’énergie supplémentaire est l’effondrement du noyau de l’étoile pour former un trou noir magnétique en rotation ou une étoile à neutrons . Parce que le cadavre d’étoile est à la fois magnétique et tourne rapidement, son effondrement soudain est complexe et peut produire des jets tourbillonnants de particules et de puissants faisceaux de rayonnement, tout comme dans un quasar ou un noyau galactique actif (objets que vous apprendrez sur les galaxies actives, les quasars et Trous noirs supermassifs), mais sur une échelle de temps beaucoup plus rapide. Une petite quantité de la masse qui tombe est éjectée dans un faisceau étroit, se déplaçant à des vitesses proches de celle de la lumière. Les collisions entre les particules du faisceau peuvent produire d’intenses sursauts d’énergie que nous considérons comme des sursauts gamma.Gamma Ray Bursts A High Energy Mystery By Tessa Vernstrom Ast 4001, Fall 2007 A High Energy Mystery By Tessa Vernstrom Ast 4001, Fall 2007. - ppt downloadEn quelques minutes, le souffle en expansion de la boule de feu pénètre dans la matière interstellaire dans le voisinage de l’étoile mourante. Cette matière aurait pu être éjectée de l’étoile elle-même à des stades antérieurs de son évolution. Alternativement, il pourrait s’agir du gaz à partir duquel l’étoile massive et ses voisins se sont formés.

    Lorsque les particules à grande vitesse de l’explosion sont ralenties, elles transfèrent leur énergie à la matière environnante sous la forme d’une onde de choc. Ce matériau choqué émet un rayonnement à des longueurs d’onde plus longues. Cela explique la rémanence des rayons X, de la lumière visible et des ondes radio – la lueur apparaît à des longueurs d’onde de plus en plus longues à mesure que l’explosion continue de perdre de l’énergie.

    Sursauts gamma de courte durée : collision de cadavres stellaires

    Qu’en est-il des sursauts gamma plus courts ? L’émission de rayons gamma de ces événements dure moins de 2 secondes et, dans certains cas, ne dure que quelques millisecondes, un temps étonnamment court. Une telle échelle de temps est difficile à atteindre s’ils sont produits de la même manière que les sursauts gamma de longue durée, car l’effondrement de l’intérieur stellaire sur le trou noir devrait prendre au moins quelques secondes.Gamma-Rays - Presentation PhysicsLes astronomes ont recherché en vain les rémanences des sursauts gamma de courte durée trouvés par BeppoSAX et d’autres satellites. De toute évidence, les rémanences s’estompent trop rapidement. Les télescopes à lumière visible à réponse rapide comme ROTSE n’étaient pas utiles non plus : quelle que soit la rapidité de réponse de ces télescopes, les sursauts n’étaient pas assez brillants aux longueurs d’onde visibles pour être détectés par ces petits télescopes.

    Encore une fois, il a fallu un nouveau satellite pour éclaircir le mystère. Dans ce cas, il s’agissait du Swift Gamma-Ray Burst Satellite , lancé en 2004 par une collaboration entre la NASA et les agences spatiales italienne et britannique, illustré à la figure 5 . La conception de Swift est similaire à celle de Beppo SAX . Cependant, Swift est beaucoup plus agile et flexible : après un sursaut gamma, les télescopes à rayons X et UV peuvent être repointés automatiquement en quelques minutes (au lieu de quelques heures). Ainsi, les astronomes peuvent observer la rémanence beaucoup plus tôt, alors qu’on s’attend à ce qu’elle soit beaucoup plus brillante. De plus, le télescope à rayons X est beaucoup plus sensible et peut fournir des positions 30 fois plus précises que celles fournies parBeppoSAX , permettant d’identifier les sursauts même sans observations en lumière visible ou radio.

    Illustration d’artiste de Swift.

    Illustration d'artiste de l'Observatoire Swift. Le vaisseau spatial est dessiné au centre à droite, avec des panneaux solaires au-dessus et au-dessous du corps du télescope. Dans l'arrière-plan est une illustration d'une explosion de supernova.
    Figure 5. Le vaisseau spatial américain/britannique/italien Swift contient des détecteurs de rayons gamma, de rayons X et d’ultraviolets embarqués, et a la capacité de se réorienter automatiquement vers un sursaut de rayons gamma détecté par l’instrument à rayons gamma. Depuis son lancement en 2005, Swift a détecté et observé plus d’un millier de sursauts, dont des dizaines de sursauts de courte durée. (crédit : NASA, Spectrum Astro)

    Le 9 mai 2005, Swift a détecté un flash de rayons gamma d’une durée de 0,13 seconde, provenant de la constellation Coma Berenices. Remarquablement, la galaxie à la position des rayons X était complètement différente de toute galaxie dans laquelle un sursaut de longue durée avait été observé. La rémanence provenait du halo d’une galaxie elliptique géante à 2,7 milliards d’années-lumière, sans aucun signe d’étoiles jeunes et massives dans son spectre. De plus, aucune supernova n’a jamais été détectée après l’éclatement, malgré des recherches approfondies.

    Qu’est-ce qui pourrait produire une rafale de moins d’une seconde de long, provenant d’une région sans formation d’étoiles ? Le modèle phare implique la fusion de deux corps stellaires compacts : deux étoiles à neutrons, ou peut-être une étoile à neutrons et un trou noir . Étant donné que de nombreuses étoiles appartiennent à des systèmes binaires ou multiples, il est possible d’avoir des systèmes où deux de ces corps d’étoiles tournent l’un autour de l’autre. Selon la relativité générale (qui sera discutée dans Black Holes and Curved Spacetime), les orbites d’un système stellaire binaire composé de tels objets devraient lentement se décomposer avec le temps, provoquant finalement (après des millions ou des milliards d’années) les deux objets à se claquer ensemble dans une violente mais brève explosion. Étant donné que la désintégration de l’orbite binaire est si lente, nous nous attendrions à ce que davantage de ces fusions se produisent dans les anciennes galaxies dans lesquelles la formation d’étoiles s’est arrêtée depuis longtemps.

    Alors qu’il était impossible d’être sûr de ce modèle basé sur un seul événement (il est possible que ce sursaut provienne en fait d’une galaxie d’arrière-plan et ne s’aligne avec l’elliptique géant que par hasard), plusieurs dizaines d’autres sursauts gamma de courte durée ont depuis été localisés par Swift , dont beaucoup proviennent également de galaxies à très faible taux de formation d’étoiles. Cela a donné aux astronomes une plus grande confiance dans le fait que ce modèle est le bon. Pourtant, pour en être pleinement convaincus, les astronomes sont à la recherche d’une signature « fumée » pour la fusion de deux restes stellaires ultra-denses.PPT - Gamma-Ray Bursts PowerPoint Presentation, free download - ID:1382122Nous pouvons penser à deux exemples qui fourniraient des preuves plus directes. L’une est un type d’explosion très spécial, produit lorsque les neutrons extraits des étoiles à neutrons pendant la phase finale violente de la fusion fusionnent en éléments lourds, puis libèrent de la chaleur due à la radioactivité, produisant une supernova rouge mais de courte durée parfois appelée kilonova . (Le terme est utilisé parce qu’il est environ mille fois plus brillant qu’une nova ordinaire, mais pas aussi « super » qu’une supernova traditionnelle.) Les observations de Hubble d’un sursaut gamma de courte durée en 2013 montrent des preuves suggestives d’un tel signature, mais doivent être confirmés par de futures observations.

    Le deuxième « pistolet fumant » a été encore plus excitant à voir : la détection des ondes gravitationnelles. Comme nous le verrons dans Black Holes and Curved Spacetime , les ondes gravitationnelles sont des ondulations dans le tissu de l’espace-temps qui, selon la relativité générale, devraient être produites par l’accélération d’objets extrêmement massifs et denses, tels que deux étoiles à neutrons ou des trous noirs en spirale l’un vers l’autre et se heurtant. Le premier exemple d’ondes gravitationnelles a été observé récemment à partir de la fusion de deux grands trous noirs. Si une onde gravitationnelle était observée un jour coïncidant dans le temps et l’espace avec un sursaut gamma, cela confirmerait non seulement nos théories sur l’origine des sursauts gamma courts, mais serait également parmi les démonstrations les plus spectaculaires à ce jour de l’action d’Einstein. théorie de la relativité générale.Long gamma-ray burstsSonder l’univers avec des sursauts gamma

    L’histoire de la façon dont les astronomes en sont venus à expliquer l’origine des différents types de sursauts est un bon exemple de la façon dont le processus scientifique ressemble parfois à un bon travail de détective. Alors que le mystère des sursauts gamma de courte durée est toujours en cours d’élucidation, l’objectif des études sur les sursauts gamma de longue durée a commencé à changer, passant de la compréhension de l’origine des sursauts eux-mêmes (qui est maintenant assez bien établie) à en les utilisant comme outils pour comprendre l’univers plus large.

    La raison pour laquelle les sursauts gamma de longue durée sont utiles tient à leurs luminosités extrêmes, ne serait-ce que pour une courte période. En fait, les sursauts gamma de longue durée sont si brillants qu’ils pourraient facilement être vus à des distances correspondant à quelques centaines de millions d’années après le début de l’expansion de l’univers, date à laquelle les théoriciens pensent que la première génération d’étoiles s’est formée. Certaines théories prédisent que les premières étoiles seront probablement massives et termineront leur évolution en seulement un million d’années environ. Si cela s’avère être le cas, alors les sursauts gamma (qui signalent la mort de certaines de ces étoiles) pourraient nous fournir le meilleur moyen de sonder l’univers lorsque les étoiles et les galaxies ont commencé à se former.Aggregate 143+ gamma ray burst wallpaper best - xkldase.edu.vnJusqu’à présent, le sursaut de rayons gamma le plus éloigné découvert (le 29 avril 2009) a pris naissance à une distance remarquable de 13,2 milliards d’années-lumière, ce qui signifie qu’il s’est produit seulement 600 millions d’années après le Big Bang lui-même. Ceci est comparable aux galaxies les plus anciennes et les plus éloignées découvertes par le télescope spatial Hubble. Il n’est pas tout à fait assez vieux pour s’attendre à ce qu’il se soit formé à partir de la première génération d’étoiles, mais son apparition à cette distance nous donne encore des informations utiles sur la production d’étoiles dans l’univers primitif. Les astronomes continuent de scruter le ciel, à la recherche d’événements encore plus lointains signalant la mort d’étoiles d’encore plus loin dans le temps.

    Concepts clés et résuméGamma Ray | Tech TimesLes sursauts gamma durent d’une fraction de seconde à quelques minutes. Ils viennent de toutes les directions et sont maintenant connus pour être associés à des objets très éloignés. L’énergie est très probablement rayonnée et, pour celles que nous pouvons détecter, la Terre se trouve dans la direction du faisceau. Les sursauts de longue durée (plus de quelques secondes) proviennent d’étoiles massives dépourvues de leurs couches d’hydrogène externes qui explosent en supernovae. On pense que les sursauts de courte durée sont des fusions de cadavres stellaires (étoiles à neutrons ou trous noirs).Beams from brightest gamma ray burst ever seen were pointed directly at Earth | Latest News | WION - YouTube

    https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-amanda-neutrinos-mystere-sursauts-gamma-14835/

    https://www.pourlascience.fr/sd/astronomie/la-mort-en-direct-les-sursauts-gamma-6715.php

    https://home.cern/fr/science/physics/cosmic-rays-particles-outer-space

    23.6 The Mystery of the Gamma-Ray Bursts

    https://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/1997/ast31mar97_1

    http://www.astronoo.com/fr/articles/sursauts-gamma.html

    https://stringfixer.com/fr/Gamma_ray_burst

    https://fr.alegsaonline.com/art/40444 

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