Sursauts gamma
Qu'est-ce qu'un sursaut gamma ?
Tous les jours, une partie du ciel habituellement banale se met brusquement à briller plus fort que n'importe quelle autre source qu'un œil sensible aux rayons gamma pourrait voir. Ces sursauts gamma (GRB, de l'anglais : Gamma Ray Burst) sont de brusques éclats de lumière gamma extrêmement énergétique, et dont la durée va de quelques secondes à quelques minutes. Heureusement pour nous, tout semble indiquer qu'ils appartiennent à l'Univers cosmologique, c'est-à-dire loin de quelques milliards d'années lumière dans l'espace et donc dans le temps.
Deux étoiles à neutrons qui se percutent enfin après avoir dansé frénétiquement l'une autour de l'autre, ou le dernier cri de la matière déchirée et chauffée à des millions de degrés, prête à être engouffrée dans un trou noir, tels sont les scénarii capable de produire des événements d'une telle violence. Ainsi, afin de mieux comprendre leur déclenchement il faut sortir de l'atmosphère, qui agit comme une barrière protectrice, et placer son observatoire dans l'espace.
Comment Integral détecte un sursaut gamma ?
La détection des sursauts gamma fait partie des objectifs secondaires de la mission Integral : grâce au système d'anti-coïncidence de SPI (ACS) qui permet une vue dans toutes les directions à la fois, le satellite Européen a détecté plus de 400 GRB à ce jour !
Environ une fois par mois, un sursaut est observé directement dans le champ de vision du satellite. Lorsque cela ce produit, le système d'alerte d'Integral (IBAS) avertit la communauté scientifique du monde entier quelques dizaines de secondes après les premiers signes. Ceci permet aux observatoires spécialisés dans d'autres longueurs d'onde (rayons-X, lumière visible et radio principalement) d'assurer le suivi du sursaut dans toute la gamme d'énergie de la lumière, et d'étudier son "afterglow" (dernier reflet dans le reste du spectre électromagnétique en particulier dans le visible). L'efficacité d'une telle coordination a été démontrée à plusieurs reprises et le satellite de l'ESA XMM-Newton (observatoire Rayons-X) est pointé vers le GRB peu après son commencement.
Une fois tout les deux jours, l'ACS détecte les signes caractéristiques de ces sursauts gamma, et dessine automatiquement l'évolution de l'intensité de la source en fonction du temps. La localisation du sursaut se fait ensuite par la méthode de triangulation à l'aide du 3ème réseaux interplanétaire (IPN) des détecteurs de sursaut gamma dont Integral fait partie aux cotés de Swift (NASA) et BeppoSAX (Italie).
Qu'ont apporté les résultats d'Integral à la communauté scientifique ?
Le 3 décembre 2003, Integral détecte un sursaut gamma nommé GRB031203. A peine 20 secondes plus tard IBAS communique les coordonnées de pointage puis quelques heures après, c'est XMM-Newton qui surveille la région indiquée et calcule plus précisément la position du sursaut. Jusque là, tout va bien. Le choc survient lorsque les scientifiques se rendent compte que le sursaut découvert est non seulement le plus proche de nous jamais observé (1 300 million d'années lumières), mais aussi le moins puissant. Ceci invalide l'utilisation des GRB comme moyen d'évaluer les distances. En effet une des méthodes pour estimer la distance d'un astre est de supposer sa luminosité absolue comme connue et en déduire sa distance à partir de sa luminosité apparente. Or GRB031203 démontre bien que les sursauts ne représentent pas toujours la même quantité d'énergie. On pensait que tous les GRBs étaient des phénomènes anciens et lointains (« cosmologiques »), or celui-ci était récent et proche, donc l’hypothèse était invalidée. Seul le sursaut GRB980425 faisait tache dans les observations ne pouvant être rangé parmi les GRB cosmologiques, jusqu'à ce que GRB031203 s'aligne dans la même perspective. Un cas isolé peut-être ignoré, alors que plusieurs imposent de réviser nos théories.
Un autre événement clé dans la vie d'Integral par rapport aux sursauts gamma fut le lancement en 2005, du satellite Américain Swift spécialisé dans l'autodétection des GRB. La mission est une réussite et enrichie déjà les données existantes, malgré une panne mineure. Il ne remplace cependant pas complètement Integral qui détecta GRB070707 alors que Swift le manqua même s'il est plus performant sur cet objectif.
1/ et 2/ Observation du sursaut gamma GRB 030227 à droite du pulsar du Crabe (crédit : CEA).
3/ Sursaut Gamma vue par Integral/ISGRI (crédit ESA).
4/ et 5/ Une partie du ciel habituellement banal se met brusquement à briller
plus fort que n'importe quel autre source... (Crédit : ESA)
Integral détecte pour la première fois la polarisation d'un sursaut gamma
Bien que l'observatoire gamma de l'Agence Spatiale Européenne Integral n'ait pas été optimisé pour l'étude des sursauts gamma, plusieurs de ces GRB sont fortuitement apparus dans le champ de vue de ses instruments. En particulier, le 19 décembre 2004, un sursaut a été détecté dans le champ de vue du télescope IBIS. Les deux détecteurs superposés d'IBIS, la caméra CdTe ISGRI, et la caméra en CsI PiCsIT, ont pu alors être utilisés comme un polarimètre Compton pour analyser la polarisation de ce signal, la source étant particulièrement brillante.
En effet, cet événement, appelé GRB041219A par les astronomes, s'est révélé être le sursaut gamma le plus brillant jamais détecté par Integral. Une équipe de chercheurs du CEA/AIM, du CEA/APC et de l'IAP, menée par D. Götz, ont ainsi pu mesurer pour la première fois, grâce à IBIS, la polarisation du signal gamma en provenance du sursaut, ainsi que son évolution temporelle.
Références :
- Diego Götz, Philippe Laurent, and François Lebrun, Frédéric Daigne, and Željka Bošnjak "Variable polarization measured in the prompt emission of GRB 041219A using IBIS on board INTEGRAL", 2009, Astrophysical Journal Letters 695 (2009) L208-L212.
- Sazonov, S. Yu., A. A. Lutovinov, and R. A. Sunyaev. "An Apparently Normal gamma-ray burst with an Unusually Low Luminosity." Nature 430 (2004): 646-648
- Soderberg, A. M. et al "The sub-energetic gamma-ray burst GRB 031203 as a cosmic analogue to the nearby GRB 980425." Nature 430 (2004): 648-650
- ISDC's GCN circular, "GRB 070707: A long GRB detected by Integral.", number 6605 to 6615
Pour en savoir plus :
