Les scientifiques résolvent des décennies

Une équipe internationale de scientifiques, dirigée par des astrophysiciens de l'Université de Bath au Royaume-Uni, amesuréle champ magnétique dans un sursaut gamma lointain (GRB), confirmant pour la première fois une prédiction théorique vieille de plusieurs décennies - selon laquelle le champ magnétique dans ces ondes de souffle est brouillé après que le matériau éjecté s'écrase et choque le milieu environnant.

Les trous noirs se forment lorsque des étoiles massives (au moins 40 fois plus grosses que notre Soleil) meurent dans une explosion catastrophique qui alimente une onde de choc. Ces événements extrêmement énergétiques chassent la matière à des vitesses proches de la vitesse de la lumière et alimentent des éclairs gamma brillants et de courte durée qui peuvent être détectés par les satellites en orbite autour de la Terre, d'où leur nom, les sursauts gamma.

Des champs magnétiques peuvent être enfilés à travers le matériau éjecté et, à mesure que le trou noir en rotation se forme, ces champs magnétiques se tordent en formes de tire-bouchon qui sont censés focaliser et accélérer le matériau éjecté.

Les champs magnétiques ne peuvent pas être vus directement, mais leur signature est codée dans la lumière produite par des particules chargées (électrons) qui tourbillonnent autour des lignes de champ magnétique. Les télescopes terrestres captent cette lumière, qui a voyagé pendant des millions d'années à travers l'univers.

Carole Mundell, responsable de l'astrophysique à Bath et experte en rayons gamma, a déclaré : "Nous avons mesuré une propriété spéciale de la lumière - la polarisation - pour sonder directement les propriétés physiques du champ magnétique alimentant l'explosion. C'est un excellent résultat et résout une énigme de longue date de ces explosions cosmiques extrêmes - une énigme que j'étudie depuis longtemps."

Le défi consiste à capturer la lumière dès que possible après une rafale et à décoder la physique de l'explosion, la prédiction étant que tous les champs magnétiques primordiaux seront finalement détruits lorsque le front de choc en expansion entrera en collision avec les débris stellaires environnants.

Ce modèle prédit une lumière avec des niveaux élevés de polarisation (> 10%) peu après l'éclatement lorsque le champ primordial à grande échelle est toujours intact et entraîne l'écoulement. Plus tard, la lumière devrait être principalement non polarisée car le champ est brouillé lors de la collision.

L'équipe de Mundell a été la première à découvrir une lumière hautement polarisée quelques minutes après le sursaut qui a confirmé la présence de champs primordiaux à structure à grande échelle. Mais l'image de l'expansion des chocs vers l'avant s'est avérée plus controversée.

Les équipes qui ont observé les GRB plus lentement – ​​des heures à un jour après une rafale – ont trouvé une faible polarisation et ont conclu que les champs avaient été détruits depuis longtemps, mais ne pouvaient pas dire quand ni comment. En revanche, une équipe d'astronomes japonais a annoncé une détection intrigante de 10% de lumière polarisée dans un GRB, qu'ils ont interprétée comme un choc avant polarisé avec des champs magnétiques ordonnés de longue durée.

L'auteur principal de la nouvelle étude, Nuria Jordana-Mitjans, étudiante au doctorat à Bath, a déclaré: "Ces observations rares étaient difficiles à comparer, car elles sondaient des échelles de temps et des physiques très différentes. Il n'y avait aucun moyen de les réconcilier dans le modèle standard."

Le mystère est resté non résolu pendant plus d'une décennie, jusqu'à l'analyse par l'équipe de Bath de GRB 141220A.

Dans le nouvel article, publié dans les avis mensuels de la Royal Astronomical Society, l'équipe de Mundell rapporte la découverte d'une très faible polarisation dans la lumière de choc avant détectée seulement 90 secondes après l'explosion de GRB 141220A. Les observations ultra-rapides ont été rendues possibles par le logiciel intelligent de l'équipe sur le télescope robotique entièrement autonome de Liverpool et le nouveau polarimètre RINGO3, l'instrument qui a enregistré la couleur, la luminosité, la polarisation et le taux de fondu du GRB. En rassemblant ces données, l'équipe a pu prouver que :

Jordana-Mitjans a déclaré : "Cette nouvelle étude s'appuie sur nos recherches qui ont montré que les GRB les plus puissants peuvent être alimentés par des champs magnétiques ordonnés à grande échelle, mais seuls les télescopes les plus rapides apercevront leur signal de polarisation caractéristique avant qu'ils ne soient perdus par l'explosion".

Mundell a ajouté: "Nous devons maintenant repousser les frontières de la technologie pour sonder les premiers instants de ces explosions, capturer un nombre statistiquement significatif de sursauts pour les études de polarisation et placer nos recherches dans le contexte plus large du suivi multi-messagers en temps réel de l'univers extrême. "

- Ce communiqué de presse a été initialement publié sur le site Web de l'Université de Bath