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Deux équipes d’astrophysiciens proposent une nouvelle explication pour les sursauts gamma de très longue durée : la mort d’étoiles supergéantes.
Les sursauts gamma, des explosions lointaines détectées sous la forme de bouffées de rayons gamma, sont parmi les phénomènes les plus violents dans l’Univers. Ils émettent des quantités colossales d’énergie en quelques minutes. Ils durent habituellement de moins d'une seconde à quelques minutes. Mais le 25 décembre 2010, un sursaut d'une durée de deux heures a été enregistré, puis, en 2011 et 2012, deux autres de très longue durée (jusqu’à sept heures !). Quelle est l'origine de ces sursauts atypiques ? Deux équipes d’astrophysiciens avancent une nouvelle hypothèse : l’explosion d’étoiles 100 fois plus grandes que le Soleil.
Les sursauts gamma se manifestent sous la forme d’une brève et intense bouffée de rayonnement gamma et de rayons X, suivie d'une émission résiduelle visible du domaine radio jusqu'aux rayons X. Les observatoires spatiaux Swift et Fermi détectent ainsi en moyenne un sursaut par jour. Ils se classent en deux catégories. Les sursauts gamma de courte durée – moins de deux secondes – correspondraient à la coalescence d’un système binaire, probablement un système formé d’une étoile à neutron et d’un trou noir qui se rapprochent jusqu’à entrer en collision. Les sursauts longs peuvent atteindre quelques minutes. Les astrophysiciens supposent qu’ils résultent de l’effondrement d’une étoile compacte et massive en un trou noir. Cette étoile pourrait être du type dit Wolf-Rayet, des astres 25 fois plus massifs que le Soleil, qui expulsent une grande partie de leurs couches externes avant que le cœur ne s’effondre en trou noir. Dans les deux types de sursauts, des jets de matière sont propulsés dans des directions opposées à une vitesse proche de celle de la lumière. C'est l'intercation de ces jets avec la matière environnante qui produit un intense rayonnement énergétique.
Les trois sursauts gamma exceptionnellement longs observés résulteraient d'un phénomène différent. Deux interprétations ont d’abord été avancées : la chute d’un astéroïde sur une étoile à neutron proche, quelque part dans la Voie lactée, ou l’explosion d’une supernova lointaine, distante de 3,5 milliards d’années-lumière. Cependant, Andrew Levan, à l’Université de Warwick, et ses collègues ont analysé le décalage vers le rouge du spectre lumineux de la galaxie où s’est déroulée l’explosion de Noël 2010, ce qui leur a permis de mesurer sa distance : sept milliards d’années-lumière. Aucun des deux scénarios proposés ne concorde avec cette valeur.
Bruce Gendre, à l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie de Toulouse, et ses collègues ont proposé un nouveau scénario. En étudiant le sursaut de sept heures de 2011, ils ont suggéré que l’explosion provient de l’effondrement d’une étoile plusieurs centaines de fois plus grande que le Soleil et au moins 20 fois plus massives. Celle-ci pourrait être une super-géante bleue composée quasi exclusivement d’hydrogène et d’hélium. Le mécanisme serait similaire à celui des sursauts « longs » (de quelques minutes). Le cœur de l’étoile s’effondre en un trou noir et les jets de matière traversent les couches externes restantes de l’astre. Le temps que les couches externes de l'étoile, beaucoup plus éloignées que dans le cas d'une étoile de Wolf-Rayet, tombent sur le trou noir nouvellement formé expliquerait que le sursaut puisse durer plusieurs heures.
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Dim 28 Avr - 1:43