Une étude publiée dans La nature magazine avec des observations du télescope robotique MASTER-IAC à l'Observatoire du Teide aidera à éclaircir certaines inconnues dans la phase initiale et l'évolution des énormes jets de matière et d'énergie qui se forment à la suite de ces explosions, qui sont les plus puissants de l'univers.

Les sursauts gamma sont parmi les événements les plus énergétiques et explosifs de l'univers. Ils sont si éphémères, durant de quelques millisecondes à environ une minute que pour les observer avec précision a été, jusqu'à maintenant, une tâche difficile. À l'aide de plusieurs télescopes au sol et satellitaires, parmi eux le télescope robotique MASTER-IAC, de l'Université d'État de Moscou, situé dans l'Observatoire du Teide (Tenerife) une équipe internationale dirigée par l'Université du Maryland (USA) et à laquelle ont participé des chercheurs de l'Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), a observé une de ces explosions avec des détails sans précédent. L'événement, nommé GRB160625B, a révélé des détails clés sur la phase initiale de l'explosion des rayons gamma et l'évolution des énormes jets de matière et d'énergie qui se forment à la suite de celle-ci.

"Les sursauts gamma sont des événements catastrophiques, liés à l'explosion d'étoiles massives, environ 50 fois plus gros que notre soleil" explique Eleonora Troja, chercheur à l'UMD et premier auteur de l'article. "Si nous classons toutes les explosions de l'univers par leur énergie, les sursauts gamma seraient juste inférieurs au Big Bang. En quelques secondes, le processus peut émettre autant d'énergie que le soleil pendant toute sa durée de vie. Pour cette raison, nous sommes très intéressés de savoir comment ces phénomènes se produisent.

Les observations ont révélé certains des détails inconnus sur le processus dans lequel une explosion de rayons gamma évolue tandis qu'une étoile mourante s'effondre et se transforme en un trou noir. En premier lieu, les données suggèrent que le trou noir produit un fort champ magnétique, qui contrôle au départ les jets dans lesquels l'énergie est émise. Puis, lorsque le champ magnétique se désintègre, la matière prend le contrôle et commence à dominer les jets. La plupart des spécialistes des sursauts gamma pensaient que les jets étaient dominés par la matière ou par le champ magnétique, mais pas par les deux. Maintenant les résultats de cette recherche, à paraître demain dans La nature magazine suggèrent que les deux facteurs jouent un rôle fondamental.

Formation de trous noirs

"Quelques secondes après la détection d'un sursaut gamma par le satellite Fermi de la NASA, le télescope robotique MASTER-IAC a commencé à observer ce phénomène hautement énergétique aux longueurs d'onde visibles, qui n'a duré que quelques secondes. Cela nous a permis de mesurer la polarisation du rayonnement émis et ainsi de connaître la nature des processus physiques impliqués" explique Rafael Rebolo, directeur de l'IAC et l'un des auteurs de l'article. "A l'avenir" ajoute-t-il "avec les télescopes du CTA (Cherenkov Telescope Array) qui seront installés sur La Palma, il sera possible d'observer ce genre de phénomènes, liés à la formation de trous noirs, en détail à une énergie beaucoup plus élevée".

Les données suggèrent que le rayonnement synchrotron produit lorsque les électrons sont accélérés le long d'une trajectoire courbe ou en spirale active la phase initiale extrêmement brillante de l'explosion connue sous le nom de phase "rapide". Longtemps deux autres candidats ont été considérés comme possibles :le rayonnement du corps noir émis par un objet à haute température, ou rayonnement Compton inverse, qui est produit lorsqu'une particule accélérée transfère de l'énergie à un photon.

"Le rayonnement synchrotron est le seul mécanisme qui peut créer le degré de polarisation et le spectre que nous avons observé au début de l'explosion" note Eleonora Troja. "Notre étude donne une preuve convaincante que l'émission soudaine de rayons gamma est provoquée par le rayonnement synchrotron. C'est une réalisation importante car malgré des décennies de recherche, le mécanisme physique qui entraîne les sursauts gamma n'avait pas été précisément identifié".

Fermi, Le télescope spatial à rayons gamma de la NASA a été le premier à détecter l'émission de rayons gamma du GRB160625B. Peu de temps après le MASTER-IAC, l'un des réseaux de télescopes robotiques MASTER dont le chercheur principal est Vladimir Lipunov, de l'Université d'État de Moscou (Russie) a poursuivi par des observations dans le visible alors que la phase d'alerte était encore active. MASTER-IAC a pris des données sur la quantité de lumière visible polarisée par rapport à la lumière totale produite lors de l'explosion rapide. Étant donné que le rayonnement synchrotron est l'un des phénomènes qui peuvent produire de la lumière polarisée, les données ont révélé un lien crucial entre le rayonnement synchrotron et la phase initiale de l'explosion des rayons gamma.

Un champ magnétique peut également influencer la fraction de lumière polarisée émise au fil du temps, et le sursaut évolue. Comme ils ont pu analyser les données de polarisation pendant la quasi-totalité du sursaut, ils purent discerner la présence d'un champ magnétique et observer comment il variait tandis que GRB160625B continuait à projeter des jets de matière.