Une explosion de rayons gamma détectée par l'observatoire intégré des rayons gamma de l'ESA le 3 décembre 2003 a été étudiée en profondeur pendant des mois par une armada d'observatoires spatiaux et terrestres. Les astronomes ont maintenant conclu que cet événement, appelé GRB 031203, est le sursaut cosmique gamma le plus proche jamais enregistré, mais aussi le plus faible. Cela suggère également qu'une population entière de sursauts de rayons gamma sous-énergétiques est jusqu'à présent passée inaperçue…
Les sursauts gamma cosmiques (GRB) sont des éclairs de rayons gamma qui peuvent durer de moins d'une seconde à quelques minutes et se produire à des positions aléatoires dans le ciel. On pense qu'une grande partie d'entre eux résulte lorsqu'un trou noir est créé à partir d'une étoile mourante dans une galaxie éloignée. Les astronomes pensent qu'un disque chaud entourant le trou noir, fait de gaz et de matière qui y tombe, émet en quelque sorte un faisceau énergétique parallèle à l'axe de rotation.
Selon l'image la plus simple, tous les GRB devraient émettre des quantités similaires d'énergie gamma. La fraction détectée sur Terre devrait alors dépendre de la «largeur» (angle d'ouverture) et de l'orientation du faisceau ainsi que de la distance. L'énergie reçue doit être plus grande lorsque le faisceau est étroit ou pointe vers nous et plus petite lorsque le faisceau est large ou pointe loin de nous. Les nouvelles données collectées avec les observatoires de haute énergie de l’ESA, Integral et XMM-Newton, montrent maintenant que cette image n’est pas aussi claire et que la quantité d’énergie émise par les GRB peut varier considérablement. "L'idée que tous les GRB crachent la même quantité de rayons gamma, ou qu'ils sont des" bougies standard "comme nous les appelons, est tout simplement exclue par les nouvelles données", a déclaré le Dr Sergey Sazonov, du Space Research Institute of the Académie russe des sciences, Moscou (Russie) et l'Institut Max-Planck d'astrophysique, Garching près de Munich (Allemagne).
Sazonov et une équipe internationale de chercheurs ont étudié le GRB détecté par Integral le 3 décembre 2003 et donné le nom de code de GRB 031203. Dans un délai record de 18 secondes après l'éclatement, le système d'alerte de rafale intégrale avait localisé la position approximative de GRB 031203 dans le ciel et a envoyé les informations à un réseau d'observatoires à travers le monde. Quelques heures plus tard, l’un d’eux, le XMM-Newton de l’ESA, a déterminé une position beaucoup plus précise pour le GRB 031203 et a détecté une source de rayons X qui s’estompait rapidement, qui a ensuite été vue par des radiotélescopes et des télescopes optiques au sol.
Cette richesse de données a permis aux astronomes de déterminer que le GRB 031203 a explosé dans une galaxie à moins de 1300 millions d'années-lumière, ce qui en fait le GRB le plus proche jamais observé. Même ainsi, la manière dont le GRB 031203 s'estompe avec le temps et la répartition de son énergie ne sont pas différentes de celles des GRB distants. Ensuite, les scientifiques ont commencé à réaliser que le concept de «bougie standard» peut ne pas tenir. "Être si proche devrait faire apparaître le GRB 031203 très brillant, mais la quantité de rayons gamma mesurée par Integral est environ mille fois inférieure à ce que nous attendons normalement d'un GRB", a déclaré Sazonov.
Un sursaut de rayons gamma observé en 1998 dans une galaxie plus proche est apparu encore plus faible, environ cent fois moins brillant que le GRB 031203. Les astronomes, cependant, n'ont pas pu déterminer de façon concluante s'il s'agissait d'un véritable GRB car la majeure partie de son énergie était émise principalement sous forme de Rayons X au lieu de rayons gamma. Le travail de l’équipe de Sazonov sur le GRB 031203 suggère maintenant que des GRB intrinsèquement plus faibles peuvent effectivement exister.
Une équipe d’astronomes américains, coordonnée par Alicia Soderberg du California Institute of Technology, Pasadena (États-Unis), a étudié la «rémanence» du GRB 031203 et a confirmé cette conclusion. La rémanence, émise lorsque l'onde de choc d'un GRB choque le milieu diffus qui l'entoure, peut durer des semaines ou des mois et s'estomper progressivement. En utilisant l'observatoire de rayons X Chandra de la NASA, Soderberg et son équipe ont constaté que la luminosité des rayons X de la rémanence était environ mille fois plus faible que celle des GRB lointains typiques. Les observations de l’équipe avec le télescope Very Large Array de l’Observatoire national de radioastronomie de Socorro (États-Unis) ont également révélé une source plus faible que d’ordinaire.
Sazonov et Soderberg expliquent que leurs équipes ont soigneusement recherché des signes indiquant que le GRB 031203 pourrait être incliné de telle sorte que la majeure partie de son énergie échapperait à la détection d’Integral. Cependant, comme l'a dit Sazonov, "le fait que la plupart de l'énergie que nous voyons est émise dans le domaine des rayons gamma, plutôt que dans les rayons X, signifie que nous voyons le faisceau presque sur l'axe." Il est donc peu probable qu'une grande partie de sa production d'énergie puisse passer inaperçue.
Cette découverte suggère l'existence d'une nouvelle population de GRB beaucoup plus proche mais aussi plus faible que la majorité de celles connues jusqu'à présent, qui sont très énergétiques mais éloignées. Les objets de ce type peuvent également être très nombreux et donc produire des rafales plus fréquentes.
La majeure partie de cette population a jusqu'à présent échappé à notre attention car elle se situe à la limite de la détection avec les instruments passés et présents. Integral, cependant, peut être juste assez sensible pour en révéler quelques autres dans les années à venir. Celles-ci pourraient n'être que la pointe de l'iceberg et les futurs observatoires des rayons gamma, tels que la mission Swift de la NASA, devraient être en mesure d'étendre cette recherche à un volume beaucoup plus grand de l'Univers et de trouver beaucoup plus de GRB sous-énergétiques.
Source d'origine: communiqué de presse de l'ESA
