Introduction
Le dimanche 9 octobre, Judith Racusin était à 35,000 XNUMX pieds dans les airs, en route pour une conférence d'astrophysique à haute énergie, lorsque la plus grande explosion cosmique de l'histoire a eu lieu. "J'ai atterri, j'ai regardé mon téléphone et j'ai reçu des dizaines de messages", a déclaré Racusin, astrophysicien au Goddard Space Flight Center de la NASA dans le Maryland. "C'était vraiment exceptionnel."
L'explosion était une longue rafale de rayons gamma, un événement cosmique où une étoile massive mourante libère de puissants jets d'énergie alors qu'elle s'effondre dans un trou noir ou une étoile à neutrons. Cette rafale particulière était si brillante qu'elle a sursaturé le télescope spatial Fermi à rayons gamma, un télescope en orbite de la NASA conçu en partie pour observer de tels événements. "Il y avait tellement de photons par seconde qu'ils ne pouvaient pas suivre", a déclaré André Levan, astrophysicien à l'Université Radboud aux Pays-Bas. L'éclatement semble même avoir causé l'ionosphère de la Terre, la couche supérieure de l'atmosphère terrestre, à gonfler de taille pendant plusieurs heures. "Le fait que vous puissiez changer l'ionosphère de la Terre à partir d'un objet à mi-chemin de l'univers est assez incroyable", a déclaré Doug Welch, astronome à l'Université McMaster au Canada.
Les astronomes l'ont appelé effrontément le BATEAU - "le plus brillant de tous les temps" - et ont commencé à le presser pour obtenir des informations sur les sursauts gamma et le cosmos en général. "Même dans 10 ans, il y aura une nouvelle compréhension de cet ensemble de données", a déclaré Éric Brûlures, astrophysicien à la Louisiana State University. "Cela ne m'a toujours pas tout à fait frappé que cela s'est vraiment produit."
L'analyse initiale suggère qu'il y a deux raisons pour lesquelles le BOAT était si brillant. Tout d'abord, il s'est produit à environ 2.4 milliards d'années-lumière de la Terre - assez proche pour les sursauts gamma (bien que bien en dehors de notre galaxie). Il est également probable que le puissant jet du BOAT était pointé vers nous. Les deux facteurs se sont combinés pour en faire le genre d'événement qui ne se produit qu'une fois tous les quelques centaines d'années.
L'observation la plus conséquente s'est peut-être produite en Chine. Là-bas, dans la province du Sichuan, le Grand observatoire des douches d'air à haute altitude (LHAASO) suit les particules à haute énergie depuis l'espace. Dans l'histoire de l'astronomie des sursauts gamma, les chercheurs n'ont vu que quelques centaines de photons de haute énergie provenant de ces objets. LHAASO scie 5,000 de ce seul événement. "Le sursaut gamma s'est essentiellement déclenché dans le ciel juste au-dessus d'eux", a déclaré Sylvia Zhu, astrophysicien au Synchrotron électronique allemand (DESY) à Hambourg.
Parmi ces détections figurait un photon suspecté de haute énergie à 18 téraélectron volts (TeV) – quatre fois plus élevé que tout ce qui avait été vu auparavant par un sursaut gamma et plus énergétique que les énergies les plus élevées pouvant être atteintes par le Large Hadron Collider. Un photon d'une telle énergie aurait dû être perdu sur le chemin de la Terre, absorbé par les interactions avec la lumière de fond de l'univers.
Alors, comment est-il arrivé ici? Une possibilité est que, suite au sursaut gamma, un photon de haute énergie a été converti en une particule de type axion. Axes sont des particules légères supposées qui peut expliquer la matière noire; on pense que les particules de type axion sont légèrement plus lourdes. Les photons de haute énergie pourraient être transformé en de telles particules par de puissants champs magnétiques, comme ceux qui entourent une étoile en implosation. La particule semblable à un axion se déplacerait alors à travers l'immensité de l'espace sans entrave. À son arrivée dans notre galaxie, les champs magnétiques le reconvertiraient en photon, qui se dirigerait ensuite vers la Terre.
Dans la semaine suivant la détection initiale, plusieurs équipes d'astrophysiciens suggéré ce mécanisme dans des articles téléchargés sur le site de préimpression scientifique arxiv.org. "Ce serait une découverte incroyable", a déclaré Giorgio Galanti, astrophysicien à l'Institut national d'astrophysique (INAF) en Italie, qui a co-écrit l'un des premier de ces papiers.
Pourtant, d'autres chercheurs se demandent si la détection de LHAASO pourrait être un cas d'identité erronée. Peut-être que le photon à haute énergie venait d'ailleurs et que son heure d'arrivée juste était simplement une coïncidence. "Je suis très sceptique", a déclaré Milena Crnogorcevic, astrophysicien à l'Université du Maryland. "Je penche actuellement pour que ce soit un événement d'arrière-plan." (Pour compliquer encore les choses, un observatoire russe rapporté un coup par un photon encore plus énergétique de 251 TeV provenant de la rafale. Mais "le jury n'est toujours pas entendu" à ce sujet, a déclaré Racusin, scientifique adjoint du projet sur le télescope Fermi. « Je suis un peu sceptique. »
Jusqu'à présent, l'équipe du LHAASO n'a pas publié les résultats détaillés de ses observations. Burns, qui coordonne une collaboration mondiale pour étudier le BOAT, espère qu'ils le feront. "Je suis très curieux de voir ce qu'ils ont", a-t-il déclaré. Mais il comprend pourquoi une certaine méfiance peut être justifiée. "Si j'étais assis sur des données qui avaient ne serait-ce que quelques pour cent de chances de définir la preuve de la matière noire, je serais extrêmement prudent pour le moment", a déclaré Burns. Si le photon peut être lié au BOAT, "ce serait très probablement la preuve d'une nouvelle physique et potentiellement de la matière noire", a déclaré Crnogorčević. L'équipe LHAASO n'a pas répondu à une demande de commentaire.
Même sans les données de LHAASO, la quantité de lumière vue par l'événement pourrait permettre aux scientifiques de répondre à certaines des plus grandes questions sur les sursauts gamma, y compris les énigmes majeures sur le jet lui-même. « Comment le jet est-il lancé ? Que se passe-t-il dans le jet alors qu'il se propage dans l'espace ? » a dit Tyler Parsotan, astrophysicien à Goddard. "Ce sont vraiment de grandes questions."
D'autres astrophysiciens espèrent utiliser le BOAT pour déterminer pourquoi seules certaines étoiles produisent des sursauts gamma lorsqu'elles deviennent supernova. "C'est l'un des grands mystères", a déclaré Yvette Cendez, astronome au Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. «Ce doit être une star très massive. Une galaxie comme la nôtre produira peut-être tous les millions d'années un sursaut gamma. Pourquoi une population aussi rare produit-elle des sursauts gamma ? »
Que les sursauts gamma entraînent un trou noir ou une étoile à neutrons au cœur de l'étoile effondrée est également une question ouverte. Une analyse préliminaire du BOAT suggère que le premier s'est produit dans ce cas. "Il y a tellement d'énergie dans le jet qu'il doit s'agir essentiellement d'un trou noir", a déclaré Burns.
Ce qui est certain, c'est qu'il s'agit d'un incident cosmique qui ne sera pas éclipsé avant de très nombreuses vies. "Nous serons tous morts depuis longtemps avant d'avoir la chance de recommencer", a déclaré Burns.
