Les sursauts gamma sont parmi les événements les plus puissants de l'univers, déclenchés lorsque des étoiles meurent dans des explosions massives ou lorsqu'elles fusionnent dans… des explosions massives.
Au fur et à mesure que ces explosions cosmiques violentes se produisent, elles agissent comme des phares cosmiques, libérant des faisceaux d'une partie de la lumière la plus brillante de l'univers, ainsi qu'un flot de neutrinos, ces particules vaporeuses et fantomatiques qui glissent à travers l'univers presque entièrement non détectées.
De toute évidence, vous ne voudriez pas être exposé à l'une de ces explosions d'énergie mortelles qui frisent l'ADN. Mais les physiciens pensaient que les sursauts gamma n'étaient dangereux que si vous étiez sur le chemin étroit de l'un des jets provenant de l'explosion. Malheureusement, une nouvelle étude mise à jour sur la base de données arXiv le 29 novembre (mais pas encore évaluée par des pairs) suggère que ces éruptions sont de mauvaises nouvelles tout autour et peuvent envoyer des rayons mortels sous un angle beaucoup plus large que ce que l'on pensait auparavant.
Usines cosmiques de rayons gamma
Au fil des décennies, les astronomes ont identifié deux types de sursauts de rayons gamma célestes (appelés GRB pour faire court): les longs qui durent plus de 2 secondes (jusqu'à plusieurs minutes) et les courts qui durent moins de 2 secondes. Nous ne savons pas exactement ce qui cause les GRB dans l'espace, mais on pense que les longues sont produites lorsque les plus grandes étoiles de notre univers meurent dans des explosions de supernova, laissant derrière elles des étoiles à neutrons ou des trous noirs. Une mort cataclysmique comme ça libère des quantités d'énergie aveuglément énormes en un éclair relatif, et le tour est joué! Les rayons gamma éclatent.
Les GRB courts, d'autre part, sont censés provenir d'un mécanisme complètement différent: la fusion de deux étoiles à neutrons. Ces événements ne sont pas aussi puissants que leurs cousins de supernova, mais ils causent suffisamment de ravages localement pour produire un flash de rayons gamma.
À l'intérieur d'un moteur à réaction
Pourtant, quand les étoiles à neutrons entrent en collision, c'est une chose laide. Chaque étoile à neutrons pèse plusieurs fois la masse du soleil de la Terre, mais cette masse est compressée dans une sphère pas plus large qu'une ville typique. Au moment de l'impact entre deux de ces objets, ils sont en orbite féroce l'un à l'autre à une fraction saine de la vitesse de la lumière.
Ensuite, les étoiles à neutrons fusionnent pour former soit une étoile à neutrons plus grande, soit, si les conditions le permettent, un trou noir, laissant derrière lui une traînée de destruction et de débris du cataclysme précédent. Cet anneau de matière s'effondre sur le cadavre de l'ancienne étoile à neutrons, formant ce qu'on appelle un disque d'accrétion. Dans le cas d'un trou noir nouvellement formé, ce disque alimente le monstre au cœur de la pile d'épaves à un taux pouvant aller jusqu'à quelques soleils de gaz par seconde.
Avec toute l'énergie et le matériau tourbillonnant et se déversant au centre du système, une danse compliquée (et mal comprise) des forces électriques et magnétiques enroule le matériau et lance des jets de cette matière vers le haut et loin du noyau, le long de l'axe de rotation de l'objet central et dans le système environnant. Si ces jets traversent, ils apparaissent comme des projecteurs géants et brefs s'éloignant de la collision. Et lorsque ces projecteurs pointent vers la Terre, nous obtenons une impulsion de rayons gamma.
Mais ces jets sont relativement étroits, et tant que vous ne voyez pas le GRB de face, cela ne devrait pas être si dangereux, non? Pas si vite.
Usine de neutrinos
Il s'avère que les jets se forment et s'éloignent du site de la fusion des étoiles à neutrons de manière compliquée et désordonnée. Les nuages de gaz se tordent et s'emmêlent les uns sur les autres, et les flux de rayonnement et de matière s'éloignant du trou noir central ne se présentent pas de manière ordonnée et ordonnée.
Le résultat est un chaos complet et destructeur.
Dans la nouvelle étude, une paire d'astrophysiciens a exploré les détails de ces systèmes après l'événement de collision. Les chercheurs ont porté une attention particulière au comportement des nuages de gaz massifs alors qu'ils trébuchent sur eux-mêmes dans la bousculade propulsée par les jets qui s'échappent.
Parfois, ces nuages de gaz entrent en collision les uns avec les autres, formant des ondes de choc qui peuvent accélérer et alimenter leurs propres ensembles de rayonnements et de particules de haute énergie, appelés rayons cosmiques. Ces rayons, constitués de protons et d'autres noyaux lourds, obtiennent suffisamment d'énergie pour accélérer jusqu'à presque la vitesse de la lumière, de sorte qu'ils peuvent fusionner temporairement pour produire des combinaisons exotiques et rares de particules, comme les pions.
Les pions se décomposent ensuite rapidement en averses de neutrinos, de minuscules particules qui inondent l'univers mais n'interagissent presque jamais avec d'autres matières. Et parce que ces neutrinos sont produits à l'extérieur de la région étroite du jet qui s'éloigne du GRB lui-même, ils peuvent être vus même lorsque nous n'obtenons pas le plein souffle des rayons gamma.
Les neutrinos eux-mêmes indiquent que des réactions nucléaires féroces et mortelles se produisent plus loin du centre des jets. Nous ne savons pas encore jusqu'où s'étend la zone de danger, mais mieux vaut prévenir que guérir.
Donc, en résumé: ne vous approchez pas des étoiles à neutrons en collision.
Paul M. Sutter est astrophysicien àUniversité d'État de l'Ohio, hôte deDemandez à un astronaute etRadio spatialeet auteur deVotre place dans l'univers.
