Révéler le mystère des sursauts gamma (GRB) est une histoire remplie d'intrigues internationales, de revendications fantastiques, de back-tracking sérieux et d'améliorations incrémentielles dans notre compréhension de la vraie nature et des implications des forces les plus énergiques et destructrices de l'Univers. Les nouveaux résultats d'une équipe de scientifiques étudiant les soi-disant «éclats de rayons gamma sombres» ont fermement inséré une nouvelle pièce dans le puzzle GRB. Cette recherche est présentée dans un article à paraître dans la revue Astronomy & Astrophysics le 16 décembre 2010.
La découverte de GRB est un résultat inattendu du programme spatial américain et de la surveillance militaire des Russes pour vérifier la conformité avec un traité d'interdiction des essais nucléaires de la guerre froide. Afin de s'assurer que les Russes ne faisaient pas exploser d'armes nucléaires de l'autre côté de la Lune, le vaisseau spatial Vela des années 1960 était équipé de détecteurs de rayons gamma. La Lune pourrait protéger la signature évidente des rayons X de l'autre côté, mais les rayons gamma pénétreraient à travers la Lune et seraient détectables par les satellites Vela.
En 1965, il est devenu évident que les événements qui ont déclenché les détecteurs mais n'étaient clairement pas des signatures de détonations nucléaires, ils ont donc été soigneusement et secrètement classés pour une étude future. En 1972, les astronomes ont pu déduire les directions des événements avec une précision suffisante pour exclure le Soleil et la Terre comme sources. Ils sont parvenus à la conclusion que ces événements de rayons gamma étaient «d'origine cosmique». En 1973, cette découverte a été annoncée dans l'Astrophysical Journal.
Cela a créé tout un émoi dans la communauté astronomique et des dizaines d'articles sur les GRB et leurs causes ont commencé à apparaître dans la littérature. Initialement, la plupart ont émis l'hypothèse que l'origine de ces événements provenait de notre propre galaxie. Les progrès ont été péniblement lents jusqu'au lancement en 1991 de l'Observatoire Compton Gamma Ray. Ce satellite a fourni des données cruciales indiquant que la distribution des GRB n'est pas biaisée vers une direction particulière dans l'espace, comme vers le plan galactique ou le centre de la galaxie de la Voie lactée. Les GRB venaient de partout autour de nous. Ils sont d'origine «cosmique». Ce fut un grand pas dans la bonne direction, mais a créé plus de questions.
Pendant des décennies, les astronomes ont cherché une contrepartie, tout objet astronomique coïncidant avec une rafale récemment observée. Mais le manque de précision dans la localisation des GRB par les instruments du jour a contrecarré les tentatives pour localiser les sources de ces explosions cosmiques. En 1997, BeppoSAX a détecté un GRB dans les rayons X peu de temps après un événement et l'optique après lueur a été détectée 20 heures plus tard par le télescope William Herschel. L'imagerie profonde a pu identifier une galaxie faible et éloignée comme hôte du GRB. En un an, l'argument sur les distances par rapport aux GRB était terminé. Les GRB se produisent dans des galaxies extrêmement éloignées. Leur association avec les supernovae et la mort d'étoiles très massives ont également donné des indices sur la nature des systèmes qui produisent les GRB.
Il n'a pas fallu trop longtemps avant la course pour identifier les reflets optiques des GRB chauffés et de nouveaux satellites ont aidé à localiser ces derniers après les lueurs et leurs galaxies hôtes. Le satellite Swift, lancé en 2004, est équipé d'un détecteur de rayons gamma très sensible ainsi que de télescopes à rayons X et optiques, qui peuvent être rapidement orientés pour observer automatiquement les émissions de rémanence après une rafale, ainsi que pour envoyer une notification à un réseau de télescopes au sol pour des observations de suivi rapides.
Aujourd'hui, les astronomes reconnaissent deux classifications des GRB, les événements de longue durée et les événements de courte durée. Les courtes rafales de rayons gamma sont probablement dues à la fusion des étoiles à neutrons et ne sont pas associées aux supernovae. Les sursauts gamma de longue durée (GRB) sont essentiels pour comprendre la physique des explosions de GRB, l'impact des GRB sur leur environnement, ainsi que les implications des GRB sur la formation précoce des étoiles et l'histoire et le destin de l'Univers.
Bien que la rémanence des rayons X soit généralement détectée pour chaque GRB, certains refusaient toujours de renoncer à leur rémanence optique. À l'origine, ces GRB avec rayons X mais sans rémanence optique étaient appelés «GRB sombres». La définition de «rafale de rayons gamma sombres» a été affinée, en ajoutant une limite de temps et de luminosité, et en calculant la production totale d'énergie du GRB.
Cette absence de signature optique pourrait avoir plusieurs origines. La rémanence pourrait avoir une luminosité intrinsèquement faible. En d'autres termes, il peut simplement y avoir des GRB brillants et des faibles. Ou l'énergie optique pourrait être fortement absorbée par le matériau intervenant, soit localement autour du GRB ou le long de la ligne de visée à travers la galaxie hôte. Une autre possibilité est que la lumière pourrait être à un décalage vers le rouge si élevé que la couverture et l'absorption par le milieu intergalactique interdiraient la détection dans la bande R fréquemment utilisée pour effectuer ces détections.
Dans la nouvelle étude, les astronomes ont combiné des données Swift avec de nouvelles observations faites à l'aide de GROND, un instrument de suivi GRB dédié attaché au télescope MPG / ESO de 2,2 mètres à La Silla au Chili. GROND est un outil exceptionnel pour l'étude des rémanences GRB. Il peut observer une rafale dans les minutes suivant une alerte provenant de Swift, et il a la capacité d'observer à travers sept filtres simultanément, couvrant les parties visibles et proche infrarouge du spectre.
En combinant les données GROND prises à travers ces sept filtres avec des observations Swift, les astronomes ont pu déterminer avec précision la quantité de lumière émise par la rémanence à des longueurs d'onde très différentes, depuis les rayons X à haute énergie jusqu'au proche infrarouge. Ils ont ensuite utilisé ces données pour mesurer directement la quantité de poussière d'obscurcissement entre le GRB et les observateurs sur Terre. Heureusement, l'équipe a découvert que les GRB sombres ne nécessitent pas d'explications exotiques.
Ce qu'ils ont découvert, c'est qu'une proportion importante des salves est atténuée à environ 60 à 80% de leur intensité d'origine en masquant la poussière. Cet effet est exagéré pour les rafales très éloignées, permettant à l'observateur de ne voir que 30 à 50 pour cent de la lumière. En prouvant qu'il en est ainsi, ces astronomes ont résolu de manière concluante le casse-tête des rémanences optiques manquantes. Les sursauts de rayons gamma sombres sont simplement ceux dont la lumière visible a été complètement retirée avant qu'elle ne nous atteigne.
