Sursaut gamma - Définition
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Introduction
Les sursauts gamma ou sursauts de rayons gamma (en anglais, gamma-ray bursts, abrégé en GRB) sont des bouffées de photons gamma qui apparaissent aléatoirement dans le ciel. Ils sont situés à de très grandes distances de la Terre, et sont de ce fait les évènements les plus lumineux de l’Univers, après le Big Bang.
Histoire
Les premières détections de sursauts gamma ont eu lieu en 1969 par les satellites militaires américains de la série Vela, chargés de contrôler l’application du traité portant sur l’interdiction des tests atomiques atmosphériques. Ce n’est qu’en 1973 que cette information a été rendue publique, ouvrant un nouveau champ de recherche astronomique. Jusqu’à la fin des années 1980, on n’a su que très peu de choses de ces phénomènes : ils sont imprévisibles, leur éclat est très variable et leur spectre non thermique. Ce sont les expériences françaises PHEBUS et américaine BATSE qui ont apporté la première grande avancée majeure : les sursauts gamma se répartissent en deux groupes distincts. La classification proposée se base sur la durée de l'évènement et ses propriétés spectrales : des sursauts courts (dont le maximum d'émission est à très haute énergie) et des sursauts longs (qui ont un maximum spectral à plus basse énergie, typiquement vers 100 keV). Si la durée des premiers ne dépasse pas deux secondes (elle est plus typiquement de l’ordre de quelques dixièmes de secondes), les seconds peuvent être observés dans le ciel pendant quelques secondes, voire quelques minutes. Les plus longs ne sont cependant observables que pendant une vingtaine de minutes, ce qui explique la grande difficulté de leur localisation précise. Ils se répartissent de façon isotropique sur la sphère céleste, ce qui favorise une origine extragalactique.
La seconde grande découverte fut le fait de BeppoSAX, un satellite italo-hollandais équipé d'un détecteur de rayonnement gamma mais aussi d'un détecteur de rayons X avec une résolution spatiale plus grande, permettant ainsi de « pointer » vers la source gamma supposée. Ce satellite observa pour la première fois une émission rémanente (c'est-à-dire une imagerie spatiale beaucoup plus prolongée de la source sur d'autres longueurs d'ondes que celle du rayonnement gamma) aux sursauts gamma le 28 février 1997. C’est grâce à ces observations et aux suivantes (BeppoSAX a observé plusieurs dizaines de sursauts gamma) que notre compréhension du phénomène des sursauts gamma a progressé.
Depuis la fin de la mission de BeppoSAX, d'autres satellites ont été lancés : HETE-2, et Swift. Lancé en 2004, ce dernier est équipé d'une roue à inertie qui permet un pointage très rapide de ses deux instruments d'imagerie X et optique. Il permet de ce fait d'observer l'émission rémanente du sursaut dans les premières minutes alors que le délai était sensiblement plus long avec les méthodes jusqu'alors utilisées. Le comportement de cette émission rémanente a pu être ainsi précisé : après une première phase de décroissance rapide, existe un plateau, puis une nouvelle décroissance au bout de quelques heures. L'interprétation de cette évolution en trois phases reste problématique.
Les sursauts gamma pour mieux comprendre la formation des étoiles
Les sursauts gamma longs sont directement liés aux étoiles, et il est possible d’étudier la formation des étoiles à partir de l’étude des sursauts gamma. La luminosité qui les caractérise permet en effet de les détecter jusqu’aux confins de l’Univers. Or, une propriété remarquable de la lumière est sa vitesse finie : les photons que nous recevons des sursauts gamma les plus lointains ont été envoyés il y a plus de 10 milliards d’années (le temps qu’ils ont mis pour nous rejoindre), et nous montrent l’Univers tel qu’il était à ce moment-là. Nous pouvons dès lors étudier ces époques révolues et mieux comprendre comment se sont formées les étoiles anciennes, comment elles ont évolué et comment elles ont influencé le contenu de l’Univers. L'immense avantage des sursauts gamma par rapport aux autres méthodes de détection d'objets lointains est la forte luminosité du phénomène. Le sursaut le plus lointain détecté en 2009 (GRB 090423) a émis sa lumière il y a près de 13,035 milliards d'années, à un moment où l'univers n'avait que 630 millions d'années.
