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Vue d’artiste représentant une fusion d’étoiles à neutrons donnant lieu à l’émission de jets de particules, accélérées en rayons X et gamma © National Science Foundation/AFP

L’analyse d’une explosion cosmique exceptionnelle, émettant des rayons d’une énergie colossale à la suite de l’effondrement d’une étoile, bouscule les théories décrivant le phénomène, selon une étude parue dans Science.

« Normalement ces évènements sont détectés beaucoup plus loin, mais là on a eu de la chance », résume l’astrophysicien Fabian Schüssler, du CEA-Irfu, qui a participé à l’étude de GRB 190829A, publiée le 4 juin. Un nom un peu barbare pour décrire un évènement de « sursaut gamma » détecté en 2019, à une distance de seulement un milliard d’années-lumière, d’ordinaire bien plus lointaine.  

Ce sursaut, un flash lumineux de rayons X et gamma, les plus chargés en énergie qui soient, est un des phénomènes les plus violents de l’Univers. S’il dure plus de quelques secondes, on l’associe à l’effondrement, sous sa propre masse, d’une étoile massive, avant qu’elle ne devienne un trou noir. Avant de mourir, l’étoile projette par chacun de ses pôles un jet de particules, qui se chargent en énergie et accélèrent jusqu’à la vitesse de la lumière, en rayons X et gamma. 

L’équipe internationale travaillant sur les données du télescope HESS, en Namibie, dédié à la détection des photons de très haute énergie, a déterminé que ces particules atteignaient pour certaines un record de 3,3 téra-électronvolt, un trillion de fois l’énergie d’un photon de la lumière visible. 

Un enregistrement, le plus élevé à date, rendu possible par la proximité de l’explosion. Cette distance inhabituellement courte a empêché que les photons de très haute énergie, des billes de lumière, soient absorbés dans des collisions avec d’autres particules sur le chemin vers la Terre.

« Billes de lumière »

Mais la vraie découverte de cette équipe de plus de 200 chercheurs participant à l’étude est ailleurs. D’abord dans la durée de l’évènement, au cours duquel les particules éjectées par l’étoile sont accélérées. « On pensait que cette accélération de particules avait lieu au début de l’explosion, mais en fait on se rend compte qu’elle est présente très longtemps après », explique M. Schüssler. Jusqu’à près de trois jours dans ce cas.

Et surtout, les théories de l’électromagnétisme prévoient que cette production de rayons X et gamma s’effectue avec des mécanismes d’accélération propres à chacun. Avec pour conséquence que cette production décroît finalement à des rythmes distincts. Or les chercheurs ont constaté que l’émission des deux flux suit une même courbe, parfaitement synchronisée, en termes d’énergie et de temps. « Et ça ce n’était pas prédit par la théorie », relève le chercheur.  

Ce qui « remet en cause les théories de l’électromagnétisme », qui s’appliquent à des processus bien étudiés depuis des dizaines d’années. Dans ce cas « peut-être que la nature du jet de particules sortant de l’étoile est plus compliquée que prévu », poursuit le scientifique.

Il faudra encore bien des observations pour résoudre cette énigme. Ce qui tombe bien, puisqu’au télescope HESS va s’ajouter d’ici quelques années le réseau de télescopes Tcherenkov (CTA), pour détecter les « billes de lumière » de rayons gamma depuis les Canaries et le Chili.