Le satellite Swift lève le voile sur de brefs sursauts gamma

Les sursauts gamma (GRB, gamma ray burst) sont les phénomènes cosmiques les plus violents jamais observés. On les classe en deux types, les longs et les courts. Jusqu'à très récemment, l'origine de ces explosions, plus brillantes qu'un milliard d'étoiles, était complètement inconnue. Un mystère total vieux de 35 ans que quelques hypothèses très vagues ont tentées de percer. Ces dernières années, une avancée significative s'est opérée, grâce à la construction d'observatoires spécialement dédiés à l'étude de ces sursauts comme le satellite Swift. Nous savons aujourd'hui déterminer l'endroit exact de quelques-unes de ces explosions dans le temps et l'espace, et surtout nous avons une bonne idée de leur nature. Ainsi, grâce à Swift, quatre GRB de type court, c'est-à-dire de moins de 2 secondes, ont été observés récemment.


Si vous pensez qu'un trou noir est impliqué dans le phénomène, vous êtes à moitié dans le vrai. Les sursauts gamma "courts" surviennent lors de la collision entre une étoile à neutrons et un trou noir, ou entre deux d'entre elles. Dans le premier scénario, le trou noir absorbe l'étoile et grossit en conséquence. Dans le second scénario, c'est la collision qui donne naissance au trou noir.

Le lien suivant donne une animation du premier cas (un lecteur tel que QuickTime est nécessaire): lien

Les sursauts gamma furent pour la première fois détectés dans les années 1960, et leur observation a très longtemps posé problème. En effet, comment observer un phénomène ponctuel de quelques secondes et qui peut apparaître dans n'importe quelle région du ciel ? Le défi est impressionnant et il fallu plusieurs dizaines d'années pour lancer un programme mondial permettant leur détection quasi instantanée. En effet, la coordination de nombreux télescopes terrestres et spatiaux nous donne la possibilité de surveiller le ciel en tout instant. Dès le sursaut repéré, l'alerte est donnée et tous les télescopes associés à ce programme s'orientent aussitôt dans la bonne direction.

D'une pierre deux coups ?

Quatre sursauts gamma courts ont été observés depuis le mois de Mai dernier. C'est l'un d'eux qui mit en évidence le trou noir en pleine phase d'absorption de l'étoile à neutrons. La procédure est la suivante: l'étoile à neutrons en orbite autour du trou noir chauffe énormément, se disloque et finit par se décomposer en un nuage de matière qui ira nourrir rapidement le trou noir. Ce dernier gonfle et produit enfin un sursaut gamma.

Ces découvertes sont à même d'apporter une aide précieuse à la détection des ondes gravitationnelles. Ce type d'évènement, suffisamment puissant pour engendrer une déformation de l'espace-temps à longue distance sous forme d'ondes gravitationnelles, pourrait indiquer aux scientifiques la piste à suivre. Nombre d'espoirs reposent sur Ligo, un interféromètre laser capable en théorie de les détecter (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Enfin sachant qu'une rencontre trou noir/étoile à neutrons devrait engendrer de plus intenses ondes, la question restante porte sur la fréquence de ces évènements. Une question qui devrait prochainement trouver une réponse.

Swift avait repéré le premier sursaut gamma court le 9 Mai et HETE-2 (High-Energy Transient Explorer), un autre observatoire spatial, le second le 9 juillet. Tout deux ont pu rapidement fournir les données et les coordonnées des explosions via le réseau téléphonique mobile, les beepers et Internet.

"Nous avions un doute quant à la nature des sursauts gamma courts provenant de la collision entre un trou noir et une étoile à neutrons, ou entre deux étoile à neutrons, indique Dr. Derek Fox de Penn State. Mais ces nouvelles détections ne laissent aucun doute"


Malgré leur caractère bref, chaque sursaut gamma est suivi d'un rayonnement très faible nommé "post-luminescence" et apportant son lot d'information. L'équipe de Fox a découvert celui du sursaut du 9 Juillet, grâce au télescope spatial Chandra. Une équipe danoise, dirigée par Prof. Jens Hjorth de l'université de Copenhague, observa la même post-luminescence dans le rayonnement visible avec un télescope danois de La Silla au Chili. Celle-ci a permis de découvrir d'une part la galaxie hôte du sursaut et de déterminer la signature de la collision. Ensuite, l'équipe de Fox se servit de divers télescopes, comme le télescope spatial Hubble ou l'observatoire national du Japon, pour continuer l'étude, une performance remarquable et déterminante pour les résultats.

Cette seconde animation assemble différentes prises de vues (telles que celles de Hubble et Chandra) du sursaut du 9 juillet 2005: lien

HETE-2

HETE-2 est un projet international placé sous la direction du centre de la recherche spatiale du MIT (Massachusetts Institute of Technology) et auquel participe le CNES et l'Ecole Nationale Supérieure de l'Aéronautique et de l'Espace.

Le satellite, d'un poids de 123 kg, est équipé d'un détecteur de rayonnement gamma et de deux détecteurs de rayons X, sensibles dans la gamme de 0,5 keV à plus de 400 keV. Les deux détecteurs de rayons X sont couplés à des imageurs de très grande précision, permettant de déterminer la position de la source avec une résolution de 10 minutes d'arc à 10 secondes d'arc (soit une valeur inférieure au diamètre moyen de la planète Vénus vue depuis la Terre). En complément, HETE-2 effectuera une mission de surveillance continue du fond du ciel dans le rayonnement X.

La particularité de la mission de HETE-2 est la transmission en temps réel de ses observations afin de pouvoir organiser un réseau d'alerte à l'échelle mondiale. Cela permet de synchroniser ses observations avec les chercheurs au sol. Le satellite tourne en permanence le dos au Soleil, ce qui non seulement optimise l'exposition de ses panneaux solaires, mais encore privilégie l'observation de la zone du ciel correspondant à la nuit terrestre (jusqu'à 120° de part et d'autre du Soleil), facilitant ainsi le travail des astronomes.


Légende de la seconde illustration:
Le cercle indique la région du ciel ayant contenu le sursaut gamma, d'après HETE-2.
Le rectangle indique la zone exacte où la post-luminescence du sursaut fut trouvée.