19/12/2011

Le GRB de Noël n'a pas dit son dernier mot

GRB, trois lettres entourées de mystère. Gamma Ray Burst, que l'on doit traduire chez Molière par Bouffée de Rayons Gamma. Ce sont de brusques émissions de rayonnement qui peuvent être très très énergétiques, et qui nous arrivent d'un peu partout sur notre petite planète, à raison de 2 par jour en moyenne.
Ces rayons cosmiques de haute énergie sont connus depuis quelques décénnies, mais ce n'est que depuis 1997 que l'on a pu déterminer à peu près leur origine, puisqu'on a pu observer une lente décroissance de lumière associée à la courte émission gamma. Ils nous viennent de galaxies distantes.
Même si chaque bouffée de rayons gamma (GRB) est unique en soi, on arrive tout de même à les diviser en deux grandes familles : ceux qui sont très courts, et ceux qui durent un peu plus longtemps. Oh, ça ne va jamais très loin, au maximum quelques petites minutes...

Le 25 décembre 2010, il y a presque un an, un GRB exceptionnel a été détecté par le satellite Swift, dont c'est la spécialité. Ce GRB, devenu depuis célèbre sous le patronyme de Christmas GRB, le GRB de Noël, a duré pendant 28 minutes ! Un cas absolument hors norme.

Magnétar (vue d'artiste), NASA
De quoi laisser fort perplexe plus d'un astrophysicien. Généralement, les GRB "longs" sont attribués à un phénomène d'explosion d'hypernova (une supernova très massive) qui, en s'effondrant en trou noir, produit deux jets de matière de très grande vitesse qui serait à l'origine du rayonnement gamma observé ici bas, pourvu que nous nous trouvions exactement dans l'axe du jet... Le signal de décroissance qui suit peut durer plusieurs mois et serait dû à l'impact des jets sur le milieu interstellaire.

Les GRB "courts", eux, ne durent en général que 2 secondes au plus, et auraient pour origine la fusion de deux étoiles à neutrons formant un système binaire s'effondrant en un trou noir, qui produit des jets de matière sources de rayons gamma.

Dans le cas de notre GRB de Noël, de son vrai nom GRB 101225A, non seulement son émission gamma a duré beaucoup trop longtemps, mais il a aussi montré une décroissance bien plus rapide que l'habitude.
Ce comportement est tout à fait incompatible avec les modèles existants. Est-ce réellement un GRB, ou bien est-ce un autre phénomène qui y ressemble sans en être un ?
Beaucoup d'équipes de recherche se sont emparées de ces données pour proposer des modèles permettant d'expliquer les observations.
La fameuse revue Nature fait dans son édition d'aujourd'hui un bel exercice de "science en train de se faire". Elle propose à la suite l'un de l'autre deux articles expliquant l'origine du GRB de Noël, mais donnant des visions complètement différentes de son origine. Les données initiales sont les mêmes, mais les conclusions, issues de quelques hypothèses introduites, aboutissent à des résultats aux antipodes.

A partir de l'évolution spectrométrique de la lumière de décroissance, Thöne et al. partent sur la piste d'une supernova; En comparant avec d'autres GRB issus de supernovae, ils en déduisent la distance de cet événement (1.6 GPc), et donc l'énergie libérée. De là, ils infèrent qu'il s'agirait d'un couple étoile à neutron - étoile supergéante à Hélium, cette dernière transférant une grosse partie de sa masse à son compagnon, jusqu'à former une grosse enveloppe gazeuse autour du système, qui finit par s'effondrer en trou noir (fin classique si ce n'est tragique comme à chaque fois), ledit trou noir produisant des jets de matière à travers l'enveloppe gazeuse devenue assez vaste pour permettre une émission gamma dans la durée...

C'est un beau résultat. Mais la science n'est faite que de modèles.

Car l'autre équipe, Campana et al., partent évidemment des mêmes données observationnelles, mais , eux, utilisent un ancien modèle des années 1970 qui propose l'interaction d'un petit (?) corps solide - astéroide ou comète - qui viendrait se désintégrer en une multitude de morceaux en passant à proximité immédiate (quelques milliers de kilomètres) de l'étoile à neutrons (on remarquera que le seul point commun de ces deux analyses est l'étoile à neutrons), produisant par la suite après avoir formé un disque, par leur interaction avec la surface, de multiples petits pics d'émission gamma... Ils en dérivent quelle devrait être la masse de ce petit corps solide si ce phénomène a lieu dans notre Galaxie, et trouvent 5 10^20 grammes. Cette masse est relativement importante pour un objet de type "système solaire".

Pour départager ces deux approches, on a besoin d'une donnée manquante : la distance réelle du phénomène originel.
Les deux modèles ont chacun leurs faiblesses. Les phénomènes avancés ont des probabilités qui paraissent relativement faibles. Tout comme Enrico Costa, le commentateur de Nature, il est tentant d'en appeler aux statistiques pour faire pencher la balance, mais comme il le dit si bien, ce type de calcul ferait intervenir trop de conjectures. Et au final, on ne peut rien dire d'autre que cette phrase définitive : le GRB de Noël est un phénomène rare qui ressemble à un GRB mais n'en est peut-être pas un...


Sources : 
Costa, E Nature 480, 47–48 (2011).
Campana, S. et al. Nature 480, 69–71 (2011).
Thöne, C. C. et al. Nature 480, 72–74 (2011).


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