275 – sursauts gamma, magnetar et supernovae

Des observations effectuées depuis les Observatoires de La Silla et de Paranal de l'ESO au Chili ont pour la première fois permis d'établir un lien formel entre un sursaut gamma de très longue durée et une explosion de supernova particulièrement lumineuse. Il est ainsi apparu que cette supernova n'était pas alimentée par l'énergie issue de désintégrations radioactives, mais par l'énergie produite lors de la désagrégation de champs magnétiques ultra puissants autour d'un objet exotique baptisé magnétar. Ces résultats seront publiés au sein de l'édition du 9 juillet 2015 de la revue Nature.

Les sursauts gamma (GRBs) résultent de phénomènes explosifs parmi les plus puissants survenus depuis le Big Bang. Ils font l'objet de détections par des télescopes spatiaux sensibles à ce type de rayonnement de haute énergie incapable de pénétrer l'atmosphère terrestre, puis d'un suivi, à de plus courtes fréquences, par d'autres télescopes disposés au sol et dans l'espace.

Bien souvent, les GRBs ne durent que quelques secondes. Dans quelques très rares cas toutefois, leur durée peut avoisiner plusieurs heures [1]. Un tel GRB de très longue durée fut détecté par le satellite Swift le 9 décembre 2011 puis baptisé GRB 111209A. Il fut l'un des GRBs les plus longs et les plus brillants jamais observé.

La signature claire d'une supernova par la suite baptisée SN 2011kl fut détectée. C'est la toute première fois qu'une supernova est associée à un GRB ultra-long.

L'auteur principal du nouvel article, Jochen Greiner de l'Institut Max Planck dédié à la Physique Extraterrestre, Garching, Allemagne, revient sur cette découverte Puisqu'un sursaut gamma accompagne une supernova sur 10 000 ou 100 000 seulement, l'etoile qui a explosé doit présenter quelque particularités peu commune. les astronomes avaient supposé que ces grbs provenaient d'étoiles très massives - quelque 50 fois plus massives que le soleil - et qu'ils signalaient la formation d'un trou noir. Nos nouvelles observations de la supernova sn 2011kl, découverte après le grb 111209a, remettent en question l'application de ce postulat aux grbs ultra-longs."

Dans le scénario privilégié de l'effondrement d'une étoile massive (parfois baptisé collapsar), la lente émission rémanente dans les domaines optique et infrarouge en provenance de la supernova est supposée résulter de la désintégration radioactive du Nickel 56 produit lors de l'explosion [3]. Les observations effectuées au moyen de GROND et du VLT ont toutefois montré, pour la première fois, que ce scénario ne pouvait s'appliquer au GRB 111209A.

Une seule explication concordait avec les observations de la supernova consécutive au GRB 111209A : celle-ci devait être alimentée par un magnétar - une étoile à neutrons de faibles dimensions effectuant plusieurs centaines de rotations par seconde et dotée d'un champ magnétique bien plus puissant que celui des étoiles à neutrons dites normales, ou pulsars radio [6]. Les magnétars sont supposés être les objets les plus fortement magnétisés de l'Univers connu. Pour la première fois, un lien formel entre une supernova et un magnétar a pu être établi.

Paolo mazzali, co-auteur de l'étude, revient sur l'importance de ces découvertes : "les nouveaux resultats apportent une reelle preuve de l'existence d'une relation inattendue entre les Grbs, les supernovæ très lumineuses et les magnétars. certaines de ces relations avaient été entrevues au plan théorique ces dernières années, mais l'établissement de cette relation globale constitue un tout nouveau développement, fort excitant."

"L'exemple de sn 2011kl/grb 111209a nous oblige à formuler une alternative au scenario de l'effondrement. cette découverte nous apporte une vision renouvelée et éclairée des Grbs ainsi que des processus à l'œuvre", conclut jochen greiner.

- Le GRB en lui-même est supposé être alimenté par les jets relativistes produits lors de l'effondrement de la matière stellaire sur l'objet central compact via un disque d'accrétion chaud et dense à la fois.

- Pour expliquer l'existence des supernovæ extrêmement lumineuses, d'autres sources d'énergie ont été envisagées : des interactions de type chocs avec la matière environnante - en lien possible avec les enveloppes stellaires éjectées avant l'explosion, ou l'existence d'un ancêtre stellaire de type supergéante bleue. Dans le cas de SN 2011kl, l'une et l'autre hypothèse se trouvent clairement rejetées par les observations.

- Les pulsars constituent le type d'étoiles à neutrons le plus communément observé. Les magnétars sont supposés engendrer des champs magnétiques dont l'intensité est cent, voire mille fois supérieure à celle des champs magnétiques caractéristiques des pulsars.