vendredi 3 avril 2020

GRB : Trace d'un cocon de matière entourant le jet ultra-relativiste


Il est possible de connaître l'environnement immédiat du progéniteur d'un sursaut gamma (GRB) en observant l'explosion longtemps après le sursaut et dans d'autres longueurs d'ondes. C'est ainsi que des chercheurs taiwanais et japonais détectent la présence d'un cocon de matière modérément relativiste entourant le jet de matière lié à l'explosion. Une étude parue dans The Astrophysical Journal Letters.




Les sursauts de rayons gamma (Gamma Ray Bursts, GRB), sont des événements transitoires qui sont associés à des explosions d'étoiles ou des fusions d'étoiles à neutrons. Ces flashs de rayons gamma qui peuvent durer de quelques fractions de secondes à plusieurs minutes sont généralement associés à des jets relativistes qui doivent traverser la matière stellaire créant une onde de choc dans le milieu interstellaire entourant le progéniteur du GRB. Mais Wei Ju Chen et ses collaborateurs ne se contentent pas de détecter la trace de ce jet relativiste de GRB 160623A, un sursaut gamma apparu le 23 juin 2016 dans le détecteur CALET (Calorimetric Electron Telescope, installé sur l'ISS) et dans celui de Fermi-LAT (en orbite), Ils identifient aussi la trace du cocon de matière qui l'entoure.
C'est l'émission rémanente que les astrophysiciens ont observée, dans le domaine des ondes radio, grâce au réseau de radiotélescopes  Submillimeter Array (SMA). En étudiant l'évolution de la courbe de luminosité, ils notent une modification franche 12 jours après l'explosion.
Après avoir modélisé l'émission radio qu'ils observent, en considérant qu'il s'agit principalement de rayonnement synchrotron issu d'onde onde de choc dans du plasma, les chercheurs en déduisent les caractéristiques de la zone d'émission. Ils trouvent notamment que l'angle d'ouverture de la zone d'émission de rayons X est très faible, inférieure à 6°, ce qui en fait un faisceau très collimaté, mais la zone qui entoure le jet, émettant des ondes radio, s'étend bien plus largement, avec 27,7°.
Une telle ouverture angulaire est environ deux fois plus grande que ce qui est observé d'habitude dans les GRB.  Chen et ses collaborateurs en concluent que le rayonnement qu'ils observent provient en fait d'un cocon de matière "choquée", en mouvement relativiste. Jusqu'à aujourd'hui seuls cinq autres spécimens de GRB ont pu être observés arborant à la fois un jet ultra-relativiste et un cocon mais un seul d'entre eux, GRB 030329, avait des données variées notamment en ondes radio. 

Cette nouvelle observation en ondes radio de l'émission rémanente offre une nouvelle opportunité de mieux comprendre la structure et l'évolution des jets associés aux sursauts gamma et les processus physiques qui s'y déploient.


Source

Two-component Jets of GRB 160623A as Shocked Jet Cocoon Afterglow
Wei Ju Chen et al.
The Astrophysical Journal Letters, Volume 891, Number 1 (2 march 2020)


Illustration

Simulation du jet d'un GRB en interaction avec son cocon de matière (AAS)