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Les sursauts gamma 40 ans après leur découverte

Les sursauts gamma sont d'intenses bouffées de photons gamma provenant soudainement d'une région du ciel. Découverts fortuitement à la fin des années 60 par des satellites américains chargés de surveiller les essais nucléaires dans l'atmosphère, ils constituent encore aujourd'hui une énigme et sont l'objet d'un grand intérêt de la part de la communauté scientifique. Les observations obtenues ces dernières années, notamment par le satellite BeppoSAX,  ont montré que les sursauts gamma étaient situés à des distances lointaines dites "cosmologiques", faisant d'eux les évènements explosifs les plus énergétiques de l'Univers après le Big-bang. Ils permettent ainsi d'étudier la formation des étoiles et des galaxies à des époques très reculées.

 
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A gauche, la répartition sur le ciel des 2704 sursauts gamma détectés par l'instrument BATSE à bord du satellite CGRO durant les neuf années de fonctionnement de la mission (les couleurs indiquent l'intensité du signal détecté). Cette carte montre une distribution homogène (aucune région n'est privilégiée), expliquée par l'origine cosmologique des sursauts gamma. Au centre, un échantillon de courbes de lumière, montrant une grande variété dans la durée et le profil des sursaut gamma. La répartition de la durée indique deux catégories distinctes de sursauts, les courts et les longs (figure de droite). Cette bipolarité indique-t-elle des origines physiques distinctes? Cliquer pour agrandir. Crédit NASA/BATSE



Schéma décrivant le mécanisme physique le plus couramment admis aujourd'hui, tout au moins pour les sursauts longs, sursauts dont la durée est de quelques secondes à quelques dizaines des secondes. A la fin de l'évolution d'une étoile massive, l'effondrement du coeur de l'étoile provoque des éjections de matière à des vitesses considérables, proches de la vitesse de la lumière. Les chocs induits au sein des éjections provoquent une émission de photons gamma, X et dans le domaine visible. Cette phase constitue l'émission prompte du sursaut (bulle bleue et encart jaune sur la figure). L'interaction des chocs avec le milieu interstellaire produit ensuite une émission rémanente qui, elle, peut durer plusieurs jours. La détection et le suivi de ces différentes étapes sont les éléments clés pour bien comprendre la physique liée aux sursauts gamma. Cliquer pour agrandir. Crédit CEA.

 

Après la foison de résultats obtenus par les mission passées CGRO/BATSE et BeppoSAX, la détection des sursauts gamma est actuellement assurée par les satellites Swift, Integral ou à plus haute énergie Fermi.

 

ECLAIRs à l'aube de la prochaine décennie

En garantissant au début de la prochaine décennie l’observation multi longueurs d’onde de plus de deux cents sursauts gamma de tous types, la mission sino-française SVOM apportera une contribution unique aux deux axes de recherche les plus féconds ayant émergé des avancées récentes concernant les sursauts gamma, l’un tenant à l’utilisation des sursauts en cosmologie, l’autre à la compréhension du phénomène sursaut lui-même.

Objectifs pour la cosmologie :

  • Tracer directement la formation d’étoiles au sein des galaxies les plus lointaines dans la mesure où les sursauts gamma marquent la fin de l’évolution d’étoiles massives.

  • Étudier la première génération d’étoiles (étoiles de population III) supposée avoir formé des étoiles particulièrement massives, potentiellement aptes à générer des sursauts gamma au terme de leur rapide évolution.

  • Permettre l’étude de tous les milieux en avant plan, y compris ceux de la galaxie hôte, afin de tracer l’histoire de la ré-ionisation de l’univers et de son enrichissement en métaux.

  • Étendre les études cosmologiques de l’univers par le truchement de « chandelles standard » jusqu’à des décalages vers le rouge z ≈ 10-20.

  • Permettre une meilleure détermination des paramètres cosmologiques clés.

Objectifs pour l’astrophysique des hautes énergies :

  • Explorer différentes populations de sursauts gamma (comme par exemple les sursauts « sombres » et les sursauts riches en rayons X).

  • Dévoiler la nature des sursauts courts.

  • Étudier la nature de l’émission prompte.

  • Étudier les relations entre l’émission prompte et l’émission rémanente.

  • Étudier les relations entre sursauts gamma et explosions de supernova.

  • Explorer le moteur central des sursauts gamma, en particulier par le truchement d’un éventuel précurseur.

  • Étudier la physique des éjections relativistes qui sont aussi à l’œuvre dans de nombreux sites astrophysiques tels que les noyaux actifs de galaxie ou les microquasars.

  • Déterminer la nature des étoiles à l’origine des sursauts gamma, condition pour une utilisation judicieuse des sursauts gamma en cosmologie.

     

 

Maj : 25/09/2014 (1047)

 

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