Les sursauts gamma (GRB), qui sont parmi les phénomènes transitoires les plus énergétiques de l'Univers, sont traditionnellement classés en sursauts de longue durée (plus de 2 secondes) et de courte durée (moins de 2 secondes). Les GRB de longue durée sont généralement associés à l'effondrement du cœur d'étoiles massives, tandis que les GRB de courte durée proviennent principalement de la fusion de systèmes binaires compacts. Aujourd'hui, une équipe de chercheurs chinois publie dans Nature Astronomy la découverte d'un GRB unique en son genre, GRB 160425A, qui est composé de deux sous-sursauts séparés par 4 minutes : un sursaut de courte durée (G1) et un sursaut de longue durée (G2). La coexistence de signatures à la fois de fusion et de collapsar au sein d'un même événement remet en question les schémas de classification des GRB et des scénarios d'origine.
Le 25 avril 2016, à 23:26:11 TU, un sursaut gamma a été détecté par le satellite Swift . Des observations de suivi à long terme ont ensuite rapidement permis de détecter la contrepartie optique de ce sursaut et d'identifier sa galaxie hôte et son décalage vers le rouge à z=0,555.
L'une des caractéristiques distinctives de GRB 160425A est qu'il comprend deux sous-sursauts distincts, qui ont été nommés G1 et G2 par Liang Li et ses collaborateurs. Ces deux sous-sursauts étaient séparés par un intervalle de calme de plus de 250 secondes durant lequel aucune émission significative n'a été détectée. Les deux sous-sursauts semblent indépendants. G1 est particulièrement intéressant en raison de sa courte durée (∼1,7 s) et un profil d'impulsion à pic aigu, ressemblant morphologiquement à un GRB classique de courte durée. Les astrophysiciens chinois ont mesuré ensuite le « paramètre d’amplitude » f de G1, qui est défini comme le rapport entre le flux de crête et le flux de fond moyen d'un GRB. Ils obtiennent une valeur f =2.13 ± 0,18 pour G1, indiquant que G1 est bien un sursaut de très courte durée et ne peut pas être la partie émergée de l'iceberg d'un GRB de longue durée.
Le deuxième sous-sursaut, G2, a une durée de 51.2 s, ce qui est compatible avec un GRB de longue durée canonique.
Les positions de G1 et G2 sont déterminées indépendamment et sont cohérentes avec la même localisation, compte tenu des incertitudes de position, ce qui est corroboré par l'association commune entre la rémanence et la galaxie hôte. Pour les chercheurs, cela suggère que les deux sous-sursauts proviennent probablement du même système astrophysique.
Pour vérifier si le premier sous-sursaut est lié au deuxième, Li et ses collaborateurs ont comparé les deux sous-sursauts avec les schémas de classification de GRB traditionnels. Dans le plan standard représentant le rapport de dureté en fonction de la durée longue/courte, où le rapport de dureté est défini comme le rapport des comptages de photons dans les plages 25-50 keV et 15-25 keV accumulés sur la durée, on constate que G1 occupe la région courte et dure de ce diagramme, tandis que G2 se situe parfaitement dans la distribution longue-molle.
Li et ses collaborateurs ont ensuite analysé tous les diagnostics standard d'émissions promptes, incluant la morphologie des impulsions, leur durée, le rapport de dureté, l'échelle de temps de variabilité minimale, les propriétés spectrales et les corrélations empiriques établies. Tous ses diagnostics classent systématiquement G1 comme un GRB de type court (origine par fusion d'étoiles à neutrons) et G2 comme un GRB de type long (origine par collapsar).
Ce phénomène inédit dans un sursaut gamma, remet en question la classification traditionnelle en sursauts de longue et de courte durée. Li et ses collaborateurs expliquent qu'il existe quatre manières possibles d'interpréter ce phénomène particulier, et ils démontrent qu'elles sont toutes complexes.
La première possibilité est que les deux sursauts de GRB 160425A proviennent de galaxies hôtes distinctes qui coïncident par hasard dans l'espace et le temps. Ce scénario suggère que deux sursauts, chacun provenant d'une galaxie hôte différente et présentant un décalage vers le rouge différent, ont été observés dans la même région spatiale à seulement quatre minutes d'intervalle, les deux jets étant dirigés vers la Terre. Les chercheurs calculent que la probabilité d'observer deux sursauts isolés à 250 secondes d'intervalle, provenant de deux galaxies différentes et avec une précision de positionnement de 1,5 minute d'arc grâce à l'instrument BAT de Swift, est d'environ 1,97 × 10-12. Une probabilité aussi faible souligne que cet événement serait extrêmement rare.
La seconde possibilité est que les deux sursauts proviennent de la même galaxie hôte, mais à deux endroits différents. G1 provenant d'une fusion binaire compacte et G2 provenant de l'effondrement du cœur d'une étoile massive. La probabilité d'observer deux sursauts isolés à moins de 250 secondes d'intervalle provenant de la même galaxie est encore plus faible, d'environ, de 7.9 ×10-13 à 7.9 × 10-12. Là encore, une probabilité aussi faible défavorise ce scénario.
La troisième possibilité est qu'il s'agisse d'un cas extrême de GRB de type I, avec une brève impulsion initiale (G1), qui aurait été suivie d'une queue d'émission étendue de longue durée (G2) des dizaines (ou des centaines) de secondes plus tard. Cependant, cette interprétation présente quelques inconvénients. Tout d'abord, une période de quiescence prolongée pouvant aller jusqu'à quatre minutes après l'émission de G1 et une fluence beaucoup plus élevée, un flux de crête comparable et la présence d'un profil d'impulsion à pic unique fort de G2 n'ont jamais été observés, ce qui réfute fortement ce scénario. On pourrait considérer G2 comme une éruption de rayons X brillante faisant suite à des sursauts gamma de courte durée. Mais aucune éruption de rayons X d'une telle luminosité n'a jamais été observée non plus. En fait, G2 s'aligne sur le type II plutôt que sur le type I dans le diagramme des sursauts de rayons X.
Il reste donc la quatrième interprétation, à savoir qu'il s'agirait d'un GRB de type II très particulier avec G2 comme étant l'explosion principale, mais avec une émission précurseur initiale de courte durée (G1).
Un tel scénario pourrait être étayé si la supernova présumée était confirmée, mais elle est rarement identifiée dans les GRB long. Ce scénario présente également plusieurs inconvénients. Typiquement, le flux de crête d'une émission précurseur est beaucoup plus faible que celui de l'émission principale d'un sursaut de longue durée. Mais, dans GRB 160425A, le flux de crête de G1 est même plus élevé que celui de G2. De plus, l'analyse de la valeur de f montre que G1 est un véritable sursaut de courte durée plutôt qu'une émission précurseur d'une bouffée de longue durée.
Plus important encore, des études antérieures indiquent que les composantes d'émission de GRB 160425A (précurseurs, émission gamma rapide et émission gamma molle étendue) partagent probablement une origine physique commune, attribuée à l'activation répétée du moteur central du GRB. Par conséquent, ces composantes distinctes au sein d'un même sursaut présentent généralement des similitudes dans leurs propriétés observationnelles, telles que les décalages spectraux. Ceci contraste également avec les observations. Physiquement, une période de quiescence peut être produite si le moteur central du GRB de type II est intermittent, comme le montrent les simulations numériques où des jets intermittents peuvent se propager dans l'enveloppe d'une étoile massive. Mais, un tel processus produit généralement des précurseurs peu résistants. Pour Li et ses collaborateurs, l'origine de G1 reste mystérieuse.
En résumé, GRB 160425A n'est pas un sursaut classique de courte durée (G1) qui aurait une composante d'émission étendue molle ultérieure ou une éruption de rayons X (G2). Ce n'est pas non plus un sursaut typique de longue durée (G2) qui serait précédé d'un précurseur (G1). Li et ses collaborateurs l'interprètent plutôt comme un GRB indépendant de courte durée (G1) suivi d'un GRB indépendant de longue durée (G2) au sein d'un même événement.
Les propriétés uniques observées dans GRB 160425A apportent une preuve convaincante d'une transition nette entre un épisode de courte durée (type I, origine par fusion) et un épisode de longue durée (type II, origine par collapsar) au sein d'un même système. De ce fait, GRB 160425A remet en question la classification morphologique traditionnelle et notre compréhension physique des types connus de progéniteurs de GRB. Il suggère que des sursauts gamma de courte et de longue durée peuvent se produire presque simultanément au sein d'un même système astrophysique, un phénomène qui n'avait encore jamais été ni observé, ni prédit par les modèles théoriques actuels...
Source
An intertwined short and long γ-ray burst with a 4-minute separation
Liang Li, et al.
Nature Astronomy (23 october 2026)
Illustration
1. Localisation de G1 et G2 dans le diagramme dureté/durée (Li et al.)
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