Une équipe internationale de scientifiques, dirigé par des astrophysiciens de l'Université de Bath au Royaume-Uni, a mesuré le champ magnétique dans un lointain Gamma-Ray Burst, confirmant pour la première fois une prédiction théorique vieille de plusieurs décennies :et des chocs, le milieu environnant.

Les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives (au moins 40 fois plus grosses que notre Soleil) meurent dans une explosion catastrophique qui alimente une onde de choc. Ces événements extrêmement énergétiques chassent la matière à des vitesses proches de la vitesse de la lumière, et la puissance lumineuse, flashs de rayons gamma de courte durée qui peuvent être détectés par des satellites en orbite autour de la Terre - d'où leur nom, Sursauts gamma (GRB).

Des champs magnétiques peuvent être passés à travers le matériau éjecté et, à mesure que le trou noir en rotation se forme, ces champs magnétiques se tordent en forme de tire-bouchon qui sont censés focaliser et accélérer le matériau éjecté.

Les champs magnétiques ne peuvent pas être vus directement, mais leur signature est codée dans la lumière produite par des particules chargées (électrons) qui sifflent autour des lignes de champ magnétique. Les télescopes terrestres captent cette lumière, qui a voyagé pendant des millions d'années à travers l'Univers.

Responsable d'Astrophysique à Bath et experte en rayons gamma le Professeur Carole Mundell, a déclaré:"Nous avons mesuré une propriété spéciale de la lumière - la polarisation - pour sonder directement les propriétés physiques du champ magnétique alimentant l'explosion. C'est un excellent résultat et résout un casse-tête de longue date de ces explosions cosmiques extrêmes - un casse-tête I' J'étudie depuis longtemps."

Capter la lumière tôt

Le défi est de capter la lumière le plus tôt possible après une rafale et de décoder la physique de l'explosion, la prédiction étant que tous les champs magnétiques primordiaux seront finalement détruits lorsque le front de choc en expansion entre en collision avec les débris stellaires environnants.

Ce modèle prédit la lumière avec des niveaux élevés de polarisation (> 10 %) peu après l'éclatement lorsque le champ primordial à grande échelle est encore intact et entraîne l'écoulement. Plus tard, la lumière doit être majoritairement non polarisée car le champ est brouillé lors de la collision.

L'équipe de Mundell a été la première à découvrir une lumière hautement polarisée quelques minutes après le sursaut qui a confirmé la présence de champs primordiaux avec une structure à grande échelle. Mais l'image de l'expansion des chocs avant s'est avérée plus controversée.

Les équipes qui ont observé les GRB plus lentement (de quelques heures à un jour après une rafale) ont trouvé une faible polarisation et ont conclu que les champs avaient été détruits depuis longtemps, mais ne pouvait pas dire quand ni comment. En revanche, une équipe d'astronomes japonais a annoncé une détection intrigante de 10% de lumière polarisée dans un GRB, qu'ils ont interprété comme un choc avant polarisé avec des champs magnétiques ordonnés de longue durée.

Auteur principal de la nouvelle étude, Doctorat de bain étudiante Nuria Jordana-Mitjans, dit :« Ces rares observations étaient difficiles à comparer, car ils ont sondé des échelles de temps et des physiques très différentes. Il n'y avait aucun moyen de les réconcilier dans le modèle standard."

Le mystère est resté irrésolu pendant plus d'une décennie, jusqu'à l'analyse par l'équipe de Bath du GRB 141220A.

Dans le nouveau journal, publié aujourd'hui dans le Avis mensuels de la Royal Astronomical Society , L'équipe du professeur Mundell rapporte la découverte d'une très faible polarisation dans la lumière de choc avant détectée seulement 90 secondes après l'explosion du GRB 141220A. Les observations ultra-rapides ont été rendues possibles par le logiciel intelligent de l'équipe sur le télescope robotique entièrement autonome de Liverpool et le nouveau polarimètre RINGO3, l'instrument qui a enregistré la couleur du GRB, luminosité, polarisation et taux d'évanouissement. En rassemblant ces données, l'équipe a pu prouver que :

• La lumière provenait du choc avant.
• Les échelles de longueur du champ magnétique étaient beaucoup plus petites que ce que l'équipe japonaise a déduit.
• L'explosion a probablement été alimentée par l'effondrement de champs magnétiques ordonnés dans les premiers instants de la formation d'un nouveau trou noir.
• La mystérieuse détection de polarisation par l'équipe japonaise pourrait s'expliquer par un apport de lumière polarisée du champ magnétique primordial avant qu'elle ne soit détruite lors du choc.

Mme Jordana-Mitjans a déclaré :« Cette nouvelle étude s'appuie sur nos recherches qui ont montré que les GRB les plus puissants peuvent être alimentés par des champs magnétiques ordonnés à grande échelle, mais seuls les télescopes les plus rapides apercevront leur signal de polarisation caractéristique avant qu'ils ne soient perdus dans l'explosion."

Le professeur Mundell a ajouté :« Nous devons maintenant repousser les frontières de la technologie pour sonder les premiers instants de ces explosions, capturer des nombres statistiquement significatifs de sursauts pour les études de polarisation et placer nos recherches dans le contexte plus large du suivi multi-messagers en temps réel de l'Univers extrême."