GRB 190829A : une « explosion cosmique exceptionnelle », avec des résultats surprenants

GRB 190829A : une « explosion cosmique exceptionnelle », avec des résultats surprenants

Un petit bang, un grand pas pour les chercheurs ?

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Sébastien Gavois

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Sciences et espace

09/06/2021 7 minutes
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GRB 190829A : une « explosion cosmique exceptionnelle », avec des résultats surprenants

Il y a un peu moins de deux ans, un « cataclysme » s’est produit relativement proche de nous… enfin à un milliard d’années-lumière tout de même. Il s’agissait d’un sursaut gamma, mesuré par différents instruments avec une précision alors inégalée, avec une surprise à la clé.

Le 29 août 2019, un phénomène important s’est produit dans l’espace : « les scientifiques enregistrent une explosion cosmique parmi les plus brillantes jamais observée dans l’Univers. Ce sursaut gamma a émis les photons les plus énergétiques jamais détectés dans ce type d’événement ».

En quoi est-ce important ? Tout simplement car l’analyse des données recueillies « remet en question l’origine des rayons produits lors de l’explosion », et donc d’une certaine manière notre connaissance de l’univers.

Ces travaux ont fait l’objet d’une publication scientifique dans le magazine Science il y a quelques jours, comme l’explique le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA).

Des cataclysmes stellaires aux sursauts gamma

Edna Ruiz Velasco (un des auteurs de l’article) de l’Institut Max-Planck de physique nucléaire (MPIK) à Heidelberg en Allemagne rappelle que « les sursauts gamma sont des flashs lumineux de rayons X et gamma observés dans le ciel, émis par des sources extragalactiques [c’est-à-dire en dehors de notre galaxie, ndlr] lointaines ».

Ces explosions ne sont rien de moins que « les plus violentes de l'Univers ». Pour finir de s’en convaincre, la collaboration Ligo explique que les sursauts gamma « émettent typiquement autant d’énergie en quelques secondes que notre Soleil pendant les 10 milliards d’années de sa vie d’étoile ». Et n’allez pas croire que de tels phénomènes sont exceptionnels : « ils se produisent approximativement une fois par jour et proviennent de directions aléatoires dans le ciel ».

La création des sursauts gamma est « associée à la formation cataclysmique des trous noirs, soit par fusion de deux astres compacts (étoile à neutrons ou trou noir), soit par l'explosion soudaine d'une étoile massive, vingt à cent fois plus grosse que notre propre Soleil », explique le CNES.

Leur durée varie entre une fraction de seconde et des milliers de secondes. Les chercheurs les classent généralement en deux catégories (même si c’est un peu réducteur, car il existe d’autres paramètres) en fonction de leur durée : plus ou moins de 2 secondes.

Les sursauts longs (plus de 2 secondes donc) « sont produits par l’effondrement du cœur d’étoiles massives en rotation rapide sur elles-mêmes ». « Nous avons désormais la preuve que les GRBs courts (< 2 secondes) sont dus à la fusion de deux étoiles à neutrons, et peut-être aussi (mais cela n’a pas encore été observé directement) à la fusion d’une étoile à neutrons et un trou noir », expliquent les scientifiques.

Des phares qui éclairent « l'âge sombre de sa création »

Lorsqu’un tel événement se produit, il entraine la formation de jets de matière avec des vitesses proches de celle de la lumière, environ 300 000 km/s. Ensuite, ils décélèrent « dans le milieu circumstellaire [le disque de matière tournant autour d'une étoile, ndlr], balayant tout sur le passage ».

Dans un élan poétique, le Centre national d’études spatiales explique que « les sursauts gamma, si brillants, sont observables aux confins de l'Univers, agissant comme de véritables phares éclairant l'âge sombre de sa création ».

Ils sont étudiés depuis plusieurs dizaines d’années, mais sont malgré tout « des phénomènes encore mal compris », reconnait le CNES ; toutes les nouvelles informations sont donc bonnes à prendre. Le déroulement d’un sursaut gamma comprend deux phases. La première « chaotique » est très courte, tandis que la seconde dite « de rémanence » dure bien plus longtemps (on parle généralement en mois) et s'estompe doucement.

GRB 190829A : « proche » à… un milliard d'années-lumière

Maintenant que les bases sont posées, revenons au 29 août 2019 : les satellites Fermi et Swift détectent un sursaut gamma dans la constellation d’Éridan (hémisphère sud). Il est baptisé GRB 190829A. GRB pour Gamma-Ray Bursts (sursaut gamma en anglais), tandis que les chiffres correspondent à la date : (20)19 pour l’année, 08 pour le mois (août) et 29 pour le jour.

C’était « l'un des sursauts gamma les plus proches observés jusqu'à présent, avec une distance d'environ un milliard d'années-lumière », des conditions très intéressantes pour récolter des données. En effet, le CEA rappelle que, généralement, les « sursauts typiques » se trouvent à une vingtaine de milliards d'années-lumière environ.

En plus des satellites, les chercheurs ont « capté la rémanence de l'explosion dès qu'elle est devenue visible pour les télescopes H.E.S.S. (High Energy Stereoscopic System) en Namibie ». Le signal « était suffisamment fort pour être détecté immédiatement […] Cela nous a permis d'informer rapidement la communauté mondiale », explique Fabian Schüssler du CEA-Irfu et coordinateur de l’équipe en charge d’analyser ce sursaut. En tout, la campagne de mesure a duré pas moins de trois jours.

Un trillion de fois l'énergie des photons de la lumière visible !

Autre avantage découlant de la « faible » distance de la source de ce sursaut gamma, les astrophysiciens ont pu « mesurer en détail le spectre de la rémanence, c'est-à-dire la distribution des énergies des photons du rayonnement ». En effet, durant leur course jusqu’à la Terre, les photons n’ont pas été absorbés par des collisions avec la « lumière de fond », contrairement à ce qui se passe sur de plus grandes distances.

Le résultat est impressionnant : « Le spectre du GRB 190829A a ainsi pu être déterminé jusqu'à une énergie de 3,3 téra-électronvolts ». Cela ne vous parle pas ? C’est environ « un trillion [10¹⁸ ou un milliard de milliards, ndlr] de fois l'énergie des photons de la lumière visible. Il s'agit de l'énergie la plus élevée d'un sursaut gamma enregistrée à ce jour ». En 2019, le précédent record était de « 1 000 milliards ».

Ce sursaut gamma n’est que le quatrième à être détecté depuis le sol, mais les précédentes explosions s’étaient produites beaucoup plus loin dans l’univers. La rémanence n’avait pu être mesurée que pendant quelques heures à chaque fois (contre plusieurs jours ici), avec une énergie qui ne dépassait pas 1 téra-électronvolts. On comprend ainsi mieux la singularité de GRB 190829A et l’intérêt scientifique qu’il dégage.

Les rayons X et gamma plus proches qu’on le pensait

Reste à voir en quoi cela remet en question quoi que ce soit. L’analyse détaillée des rayons X et gamma a montré « de curieuses similitudes » entre les deux. Or, les théories actuelles supposent « que les deux composantes de l'émission doivent être produites par des mécanismes distincts ».

Deux points ne vont justement pas dans ce sens. Tout d’abord, « les rayons X et rayons gamma ont diminué de manière synchronisée ». Ensuite, « le spectre en énergie des rayons gamma correspond clairement à une extrapolation du spectre des rayons X ». Pour le CEA, « les rayons X et les rayons gamma de très haute énergie de cette rémanence ont été produits par le même mécanisme et en même temps ».

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives prometteuses, qui devraient s’épanouir avec les instruments des prochaines générations. « Les scientifiques s'attendent à ce que des détections régulières dans la bande de très haute énergie deviennent courantes avec des instruments améliorés, ce qui aidera à comprendre pleinement ces explosions cosmiques gargantuesques »… et donc le fonctionnement de notre Univers, dans lequel nous ne sommes qu’un tout petit (petit (petit…)) point.

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Écrit par Sébastien Gavois

Tiens, en parlant de ça :

Sommaire de l'article

Introduction

Des cataclysmes stellaires aux sursauts gamma

Des phares qui éclairent « l'âge sombre de sa création »

GRB 190829A : « proche » à… un milliard d'années-lumière

Un trillion de fois l'énergie des photons de la lumière visible !

Les rayons X et gamma plus proches qu’on le pensait

Le brief de ce matin n'est pas encore là

Partez acheter vos croissants
Et faites chauffer votre bouilloire,
Le brief arrive dans un instant,
Tout frais du matin, gardez espoir.

Commentaires (19)


Juste pour donner une idée de la distance : 1 milliard d’années-lumière, c’est 10 000 fois le diamètre de notre galaxie



En d’autres termes, si notre galaxie est une pièce de 1 centime à une extrémité d’un terrain de foot, l’explosion s’est produite tout de l’autre côté.


En fait, il ne s’est pas produit il y a deux ans, mais il y a un milliard d’années (il a été détecté il y a deux ans).


Mince, grillé :transpi:


Il le semble qu’on prend en compte la date d’arrivée ou de “detectabilite” sur terre du phénomène. C’est ce qui a le plus de sens.



C’était « l’un des sursauts gamma les plus proches observés jusqu’à présent, avec une distance d’environ un milliard d’années-lumière », des conditions très intéressantes pour récolter des données. En effet, le CEA rappelle que, généralement, les « sursauts typiques » se trouvent à une vingtaine de milliards d’années-lumière environ.




Hum … Question de béotien : comment est-il possible, dans un univers de 15 milliards d’années, de capter des sursauts dont la source est à 20 milliards d’années-lumière ?
Les photons X et Gamma de ces sursauts ont-ils été émis dans une zone diamétralement opposée à la nôtre par rapport au Big Bang (sachant qu’on ne sait pas trop où il s’est produit) ?


Le Big Bang ne s’est produit nulle part (ou plutôt partout).



Et il n’y a pas de notion possible de diamétralement opposé, l’univers étant soit infini soit « cyclique », il n’a pas de centre !


Parce que l’Univers a continué à se dilater depuis l’émission.
L’Univers observable va jusqu’à ~ 45 Milliard d’année-lumière (~ 1 facteur 3).


tiProton

Parce que l’Univers a continué à se dilater depuis l’émission.
L’Univers observable va jusqu’à ~ 45 Milliard d’année-lumière (~ 1 facteur 3).

Ca me paraît étrange …
Un facteur 3 implique qu’il se dilate au moins 1,5 plus vite que la vitesse de la lumière … :keskidit:



Merci pour vos réponses néanmoins :)


cracoutech

Ca me paraît étrange …
Un facteur 3 implique qu’il se dilate au moins 1,5 plus vite que la vitesse de la lumière … :keskidit:



Merci pour vos réponses néanmoins :)


Soit donc que chaque galaxie va à 0.75x à la vitesse de la lumière dans 2 directions opposées, ça pourrait faire sens, non ?
:singe:


barlav

Soit donc que chaque galaxie va à 0.75x à la vitesse de la lumière dans 2 directions opposées, ça pourrait faire sens, non ?
:singe:

Non, justement j’ai déjà divisé par deux pour considérer ce cas :D



Ok, très bien, je vois le principe “si tu regardes de très loin, alors la vitesse d’expansion est très grande”. Ca va pour la théorie, mais en pratique, on a établi des estimations qui se doivent d’être cohérentes.



Avoir “mesuré” l’âge de l’univers à 15 milliards d’année et avoir “mesuré” la distance de phénomènes cosmiques à 45 milliards d’AL implique d’avoir une “vitesse” d’expansion minimum aux extrémités de l’ordre de 1,5 fois la vitesse de la lumière (et il paraît qu’elle augmente).
Ce qui me semble paradoxal.



J’admets que parler d’extrémité pour quelque chose d’infini est probablement impropre, mais bon, on admet que l’expansion a commencé quelque part, et que toute la matière et l’énergie était dans cet “endroit”, non ? :D



Bref, je vais me remettre l’astrophysique et je reviens …


cracoutech

Ca me paraît étrange …
Un facteur 3 implique qu’il se dilate au moins 1,5 plus vite que la vitesse de la lumière … :keskidit:



Merci pour vos réponses néanmoins :)


La vitesse d’expansion est de toute façon relative à quelle partie de l’univers tu considères.
Si c’est un tout petit bout (genre la Voie Lactée ou même le Groupe local, je pense), ça fait une vitesse très faibles.
Pour un plus gros bout (l’univers observable, par exemple) ça donne une vitesse importante.
Pour l’ensemble ça doit être une vitesse immense, voire infinie si l’univers est infini (et l’expansion homogène) :eeek2:.



Comme pour un élastique de saut à l’élastique, par exemple. Si tu regardes sur 1cm, la vitesse d’allongement est très faible, si tu regardes les deux extrémités, elle est assez élevée.



Je me souviens même avoir lu une théorie comme quoi on serait dans une sorte de trou noir (un trou noir « expansionnel » et pas gravitationnel) : si on considère un volume suffisamment grand alors la vitesse d’expansion est supérieure à celle de la lumière et donc la lumière ne peut pas « s’échapper »… :prof:



cracoutech a dit:


Hum … Question de béotien : comment est-il possible, dans un univers de 15 milliards d’années, de capter des sursauts dont la source est à 20 milliards d’années-lumière ?




Expansion de l’univers !


Bonjour,
Il y a une erreur d’un facteur 1 000 000 (10^6) dans les ordres de grandeur :
GRB1908… a détecté jusqu’à 3.3 TeV = 3.3 10^12 eV, pas 10^18 eV (visible ~ 1 eV).
Même si ça reste impressionnant (le LHC = 14 TeV).



cracoutech a dit:


Ce qui me semble paradoxal.




Pourquoi ?
Si c’est parce que ça dépasse la vitesse de la lumière alors que c’est théoriquement pas possible, bah si, car ce n’est pas une vitesse de déplacement, mais une augmentation de la taille de l’espace entre les deux points.
Un peu comme deux escargots sur un élastique. Tu peux les faire se déplacer l’un par rapport à l’autre à plus de 100 km/h si tu tires très vite et que l’élastique est grand, sans que les escargots ne se déplacent plus vite que leur vitesse normale (par rapport à l’élastique).




J’admets que parler d’extrémité pour quelque chose d’infini est probablement impropre, mais bon, on admet que l’expansion a commencé quelque part, et que toute la matière et l’énergie était dans cet “endroit”, non ? :D




La seule « extrémité » dont on peut à la limite (:transpi: ) parler c’est celle de l’univers observable, mais qui est subjective (un autre observateur aura un univers observable « décalé », centré sur lui-même).



L’expansion n’a commencé nulle part. Comme quand tu gonfles un ballon (potentiellement infini :transpi:), tu ne peux pas dire que le ballon a commencé à tel endroit sur le ballon…



Mihashi a dit:


L’expansion n’a commencé nulle part. Comme quand tu gonfles un ballon (potentiellement infini :transpi:), tu ne peux pas dire que le ballon a commencé à tel endroit sur le ballon…




Autre tentative (laaaamentaaaable) d’explication : D’après la théorie du Big Bang, au départ, tout l’univers, toute la matière possible et imaginable se réduisait à un point, la singularité initiale.



A un moment ou à un autre, la minuscule singularité trouvait qu’on s’emmerdait prodigieusement et qu’elle se ferait bien une petite bière, aussi a-t-elle trouvé le moyen de se répandre à l’infini (“Bang !”), pour devenir aussi grosse que le boeuf.



Ce fut donc le début de l’expansion. L’expansion veut dire que tous, absolument tous les objets s’éloignent peu à peu les uns des autres. Donc il n’y a pas de centre, puisque tout le monde s’éloigne de tout le monde.



Mais cette expansion a deux ennemis, ce qui nous arrange bien parce que sinon on n’aurait pas de matière, de planète, d’étoile ni de corps, et l’univers ne serait que petits grains flottant mollement dans le vide et s’ennuyant aussi prodigieusement que la singularité initiale (qui râle sec parce qu’elle n’a toujours pas eu sa bière) :




  • L’interaction forte, qui permet aux particules élémentaires de rester collées entre elles (grâce aux gluons), et donc de constituer de la matière réellement exploitable pour former des étoiles, galaxies, planètes, maisons, ordis… et corps vivants (merci !).



  • La gravité, qui plie l’espace et permet aux objets et aux corps intéressés de se rapprocher les uns des autres afin d’entamer une conversation, de s’offrir une bière (enfin !!!) et plus si affinités…




L’interaction forte est bien plus puissante que celle qui crée l’expansion de l’univers, ce qui fait que les objets eux-mêmes ne sont pas affectés, seul l’espace et le temps sont en expansion.



L’expansion de l’espace entraine donc une augmentation des distances entre les objets isolés, mais affecte peu les groupes d’objets constitués (systèmes solaires, galaxies, groupes de galaxies…) dont les positions relatives et les orbites sont principalement dictées par la Gravitation, qui arrive, tant bien que mal, à lutter contre l’expansion. Courageuse, la bête ! :duelsw: :kimouss: :iloveyou:



tiProton a dit:


Parce que l’Univers a continué à se dilater depuis l’émission. L’Univers observable va jusqu’à ~ 45 Milliard d’année-lumière (~ 1 facteur 3).




Pas convaincu. D’abord, j’ai trouvé cet article qui dit que la NASA avait identifié le sursaut gamma le plus éloigné vu jusqu’ici à 12.8 milliards d’années lumière. Donc la moyenne ne peut pas être 20 milliards d’AL. Il y a à mon avis une erreur d’un facteur ~10, et c’est plutôt ~2 milliards d’années :
*NASA’s Swift Catches Farthest Ever Gamma-Ray Burst
09.19.08




Larger image WASHINGTON – NASA’s Swift satellite has found the most distant gamma-ray burst ever detected. The blast, designated GRB 080913, arose from an exploding star 12.8 billion light-years away. *




https://www.nasa.gov/mission_pages/swift/bursts/farthest_grb.html



D’autre part, à de tels décalages spectraux (à 20 milliards d’années), les fréquences gammé et X seraient très décalées vers le rouge. D’ailleurs, on recherche les galaxies primordiales dans l’infrarouge.
Voir aussi :
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_gamma-ray_bursts#Most_distant_GRB



(quote:1879303:DantonQ-Robespierre)
L’interaction forte est bien plus puissante que celle qui crée l’expansion de l’univers, ce qui fait que les objets eux-mêmes ne sont pas affectés, seul l’espace et le temps sont en expansion.




Si on considère la théorie du « Big Rip », à un moment, il se pourrait pourtant qu’à force (si j’ose dire) de gagner en puissance, la fameuse énergie sombre (responsable de l’accélération de l’expansion de l’Univers ayant débuté depuis environ 5 milliards d’années et détectée en 1998) finira par briser tous les liens de cohésion au fur et à mesure : fuite des galaxies au-delà de l’Univers observable, dislocation des amas de galaxies, puis des galaxies elles-mêmes, puis des amas stellaires, des systèmes planétaires, des astres eux-mêmes… jusqu’aux particules élémentaires (on n’est au passage pas encore sûrs que le proton soit une particule stable).
Enfin, tout ça n’est encore que spéculation, mais ce serait un des destins possibles.



(reply:1879469:Trit’) Un article passionnant qui remet en cause l’existence de la matière et de l’énergie noires :




La matière noire et l’énergie noire remises en question



Le même, en PDF



(reply:1879695:DantonQ-Robespierre)




Je t’avoue que j’ai cessé à croire à la matière noire (telle qu’on la conçoit, en tout cas) quand j’ai vu que toutes les expériences de détection menées jusque-là se sont toutes soldées par des échecs cuisants, et aussi par le fait que si on ne sait même pas ce qu’on cherche réellement et concrètement, comment tu veux arriver à le détecter et surtout le reconnaître ? La méthode Jean-Claude Dusse « sur un malentendu, ça peut marcher » en espérant détecter des signaux imaginés au doigt mouillé, c’est clairement pas la bonne approche.



D’un autre côté, et même si elles ont aussi leur lot d’imperfections nécessitant justement de continuer à les mettre au point, les théories alternatives à la MOND me semblent plus pertinentes et sûrement plus proches de la réalité pour expliquer (pour de vrai) les « bizarreries » jusqu’ici « expliquées » par une « matière noire » qui semble être la réponse à tout (et n’est donc pas seulement la réponse à rien, mais n’est de fait pas une réponse du tout) pour cette « masse manquante » dont on ne peut pas du tout identifier la nature et dont on se contente seulement de dire que c’est là et que ça agit sur la rotation des galaxies et l’organisation des structures de l’Univers (sérieusement ? Alors qu’on arrive à détecter des particules aussi exotiques que le boson de Higgs, on pourrait pas avec tout ce qui serait relatif à la « matière noire » ? Qui se satisferait d’un tel aveu d’échec ?).



Vraiment, je le redis : faut chercher ailleurs, et surtout autre chose. Parce qu’en l’état, moi, le coup de la matière noire, ça m’ira jamais.