Première détection des explosions de monstres cosmiques avec des télescopes gamma au sol
Les sursauts gamma peuvent être déclenchés par l'explosion d'une étoile super massive, s'effondrer dans un trou noir. Du voisinage du trou noir, des jets puissants tirent dans des directions opposées dans l'espace, accélérer des particules chargées électriquement, qui à leur tour interagissent avec les champs magnétiques et les rayonnements pour produire des rayons gamma. Crédit :DESY, Laboratoire de communication scientifique
Les explosions les plus fortes de l'univers produisent un rayonnement encore plus énergétique qu'on ne le savait auparavant :à l'aide de télescopes spécialisés, deux équipes internationales ont enregistré les rayons gamma les plus énergétiques jamais mesurés à partir de sursauts dits gamma, atteignant environ 100 milliards de fois plus d'énergie que la lumière visible. Les scientifiques de la H.E.S.S. et les télescopes MAGIC présentent leurs observations dans des publications indépendantes dans la revue La nature . Ce sont les premières détections de sursauts gamma avec des télescopes gamma au sol. DESY joue un rôle majeur dans les deux observatoires, qui sont exploités sous la direction de la Max Planck Society.
Les sursauts gamma (GRB) sont soudains, de courtes rafales de rayonnement gamma se produisent environ une fois par jour quelque part dans l'univers visible. Selon les connaissances actuelles, ils proviennent de la collision d'étoiles à neutrons ou d'explosions de supernova de soleils géants s'effondrant dans un trou noir. "Les sursauts gamma sont les explosions les plus puissantes connues dans l'univers et libèrent généralement plus d'énergie en quelques secondes que notre Soleil pendant toute sa durée de vie - ils peuvent briller à travers presque tout l'univers visible, " explique David Berge, responsable de l'astronomie gamma à DESY. Le phénomène cosmique a été découvert par hasard à la fin des années 1960 par des satellites utilisés pour surveiller le respect de l'interdiction des essais nucléaires sur Terre.
Depuis, les astronomes ont étudié les sursauts gamma avec des satellites, car l'atmosphère terrestre absorbe très efficacement les rayons gamma. Les astronomes ont développé des télescopes spécialisés qui peuvent observer une faible lueur bleue appelée lumière Cherenkov que les rayons gamma cosmiques induisent dans l'atmosphère, mais ces instruments ne sont sensibles qu'aux rayons gamma de très hautes énergies. Malheureusement, la luminosité des sursauts gamma diminue fortement avec l'augmentation de l'énergie. Les télescopes Cherenkov ont identifié de nombreuses sources de rayons gamma cosmiques à très hautes énergies, mais pas de sursauts gamma. Satellite, d'autre part, ont des détecteurs beaucoup trop petits pour être sensibles à la faible luminosité des sursauts gamma à très haute énergie. Donc, il était effectivement inconnu, si les explosions de monstres émettent des rayons gamma également dans le régime à très haute énergie.
Les scientifiques ont essayé pendant de nombreuses années, pour capter un sursaut gamma avec les télescopes Cherenkov. Puis soudainement, entre l'été 2018 et janvier 2019, deux équipes internationales d'astronomes, impliquant tous deux des scientifiques de DESY, détecté les rayons gamma de deux événements GRB pour la première fois depuis le sol. Le 20 juillet 2018, Une faible émission de rémanence du GRB 180720B dans le régime des rayons gamma a été observée avec le télescope de 28 mètres du système stéréoscopique à haute énergie H.E.S.S. en Namibie. Le 14 janvier 2019, une émission précoce brillante de GRB 190114C a été détectée par les télescopes Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov (MAGIC) à La Palma, et immédiatement annoncé à la communauté astronomique.
Les deux observations ont été déclenchées par des satellites à rayons gamma de l'agence spatiale américaine NASA qui surveillent le ciel pour les sursauts de rayons gamma et envoient des alertes automatiques à d'autres observatoires de rayons gamma lors de leur détection. "Nous avons pu indiquer la région d'origine si rapidement que nous avons pu commencer à observer seulement 57 secondes après la détection initiale de l'explosion, " rapporte Cosimo Nigro du groupe MAGIC à DESY, qui était en charge du quart d'observation à ce moment-là. « Dans les 20 premières minutes d'observation, nous avons détecté des milliers de photons du GRB 190114C."
MAGIC a enregistré des rayons gamma avec des énergies comprises entre 200 et 1000 milliards d'électrons-volts (0,2 à 1 téraélectronvolts). "Ce sont de loin les photons les plus énergétiques jamais découverts à partir d'un sursaut gamma, " dit Elisa Bernardini, leader du groupe MAGIC à DESY. A titre de comparaison :la lumière visible est de l'ordre d'environ 1 à 3 électrons-volts.
