La séquence de vie des étoiles, se terminant par la formation d'un trou noir. Crédit image: Nicolle Rager Fuller / NSF Cliquez pour agrandir
Quelques centaines de millions d'années seulement après le Big Bang, une énorme étoile a épuisé son carburant, s'est effondrée sous la forme d'un trou noir et a explosé lors de l'éclatement d'un rayon gamma. Le rayonnement de cet événement catastrophique n'a atteint la Terre que maintenant, et les astronomes l'utilisent pour remonter aux premiers moments de l'Univers. La rafale, nommée GRB 050904, a été observée par le satellite Swift de la NASA le 4 septembre 2005. Une chose inhabituelle à propos de cette rafale est qu'elle a duré 500 secondes - la plupart sont terminées en une fraction de ce temps.
Elle est venue du bord de l'univers visible, l'explosion la plus éloignée jamais détectée.
Dans le numéro de cette semaine de Nature, des scientifiques de la Penn State University et leurs collègues américains et européens discutent de la façon dont cette explosion, détectée le 4 septembre 2005, est le résultat d'une énorme étoile qui s'est effondrée dans un trou noir.
L'explosion, appelée explosion de rayons gamma, vient d'une époque peu de temps après la formation des étoiles et des galaxies, environ 500 millions à 1 milliard d'années après le Big Bang. L'univers a maintenant 13,7 milliards d'années, donc l'éclatement de septembre sert de sonde pour étudier les conditions du premier univers.
"Il s'agissait d'une énorme étoile qui vivait vite et mourait jeune", a déclaré David Burrows, scientifique principal et professeur d'astronomie et d'astrophysique à Penn State, co-auteur de l'un des trois rapports sur cette explosion publiés cette semaine dans Nature. "Cette étoile était probablement très différente de celle que nous voyons aujourd'hui, le type qui n'aurait pu exister que dans les premiers univers."
La rafale, nommée GRB 050904 d'après la date à laquelle elle a été repérée, a été détectée par le satellite Swift de la NASA, qui est exploité par Penn State. Swift a fourni les coordonnées de la rafale afin que d'autres satellites et télescopes au sol puissent observer la rafale. Les rafales ne durent généralement que 10 secondes, mais la rémanence persistera pendant quelques jours.
GRB 050904 est à l'origine de 13 milliards d'années-lumière de la Terre, ce qui signifie qu'il s'est produit il y a 13 milliards d'années, car il a fallu autant de temps pour que la lumière nous atteigne. Les scientifiques n'ont détecté que quelques objets à plus de 12 milliards d'années-lumière de distance, de sorte que l'explosion est extrêmement importante pour comprendre l'univers hors de portée des plus grands télescopes.
«Parce que la rafale était plus brillante qu'un milliard de soleils, de nombreux télescopes pouvaient l'étudier même à une distance aussi énorme», a déclaré Burrows, dont l'analyse se concentre principalement sur les données Swift de ses trois télescopes, couvrant une gamme de rayons gamma, de rayons X et les longueurs d'onde ultraviolettes / optiques, respectivement. Burrows est le scientifique principal du télescope à rayons X de Swift.
L'équipe Swift a trouvé plusieurs caractéristiques uniques dans GRB 050904. La rafale a duré environ 500 secondes et la fin de la rafale a présenté plusieurs fusées éclairantes. Ces caractéristiques impliquent que le trou noir nouvellement créé ne s'est pas formé instantanément, comme certains scientifiques l'ont pensé, mais qu'il s'agissait plutôt d'un événement chaotique plus long.
Les rafales de rayons gamma plus rapprochées n'ont pas autant de torchage, ce qui implique que les premiers trous noirs peuvent avoir formé différemment de ceux de l'ère moderne, a déclaré Burrows. La différence pourrait être due au fait que les premières étoiles étaient plus massives que les étoiles modernes. Ou, cela pourrait être le résultat de l'environnement du premier univers lorsque les premières étoiles ont commencé à convertir l'hydrogène et l'hélium (créés lors du Big Bang) en éléments plus lourds.
GRB 050904, en fait, montre des indices d'éléments plus lourds nouvellement fabriqués, selon les données des télescopes au sol. Cette découverte fait l'objet d'un deuxième article Nature par un groupe japonais dirigé par Nobuyuki Kawai au Tokyo Institute of Technology.
Le GRB 050904 présentait également une dilatation temporelle, résultat de la vaste expansion de l'univers au cours des 13 milliards d'années qu'il a fallu à la lumière pour nous atteindre sur Terre. Cette dilatation fait que la lumière apparaît beaucoup plus rouge que lorsqu'elle a été émise lors de la rafale, et elle modifie également notre perception du temps par rapport à l'horloge interne de la rafale.
Ces facteurs ont joué en faveur des scientifiques. L'équipe de Penn State a tourné les instruments de Swift sur l'éclatement environ 2 minutes après le début de l'événement. La rafale, cependant, évoluait comme si elle était au ralenti et ne durait que 23 secondes environ. Les scientifiques ont donc pu voir l'explosion à un stade très précoce.
Un seul autre objet - un quasar - a été découvert à une plus grande distance. Pourtant, alors que les quasars sont des trous noirs supermassifs contenant la masse de milliards d'étoiles, cette rafale provient d'une seule étoile. La détection du GRB 050904 confirme que des étoiles massives se mêlaient aux quasars les plus anciens. Cela confirme également que davantage d'explosions d'étoiles lointaines - peut-être à partir des premières étoiles, disent les théoriciens - peuvent être étudiées par une combinaison d'observations avec Swift et d'autres télescopes de classe mondiale.
"Nous avons conçu Swift pour rechercher les faibles rafales venant du bord de l'univers", a déclaré Neil Gehrels du NASA Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland, principal chercheur de Swift. "Maintenant, nous en avons un et c'est fascinant. Pour la première fois, nous pouvons en apprendre davantage sur les étoiles individuelles depuis presque le début des temps. Il y en a sûrement beaucoup plus. »
Swift a été lancé en novembre 2004 et était pleinement opérationnel en janvier 2005. Swift est doté de trois instruments principaux: le télescope Burst Alert, le télescope à rayons X et le télescope ultraviolet / optique. Le détecteur de rayons gamma de Swift, le Burst Alert Telescope, fournit l'emplacement initial rapide, a été construit principalement par le NASA Goddard Space Flight Center à Greenbelt et Los Alamos National Laboratory, et a été construit au GSFC. Le télescope à rayons X et le télescope UV / optique de Swift ont été développés et construits par des équipes internationales dirigées par Penn State et se sont largement appuyés sur l'expérience de chaque institution avec les missions spatiales précédentes. Le télescope à rayons X est le résultat de la collaboration de Penn State avec l'Université de Leicester en Angleterre et l'Observatoire astronomique de Brera en Italie. Le télescope ultraviolet / optique est le résultat de la collaboration de Penn State avec le Mullard Space Science Laboratory de l'University College-London. Ces trois télescopes permettent à Swift de faire des observations de suivi presque immédiates de la plupart des sursauts de rayons gamma, car Swift peut tourner si rapidement pour pointer vers la source du signal de rayons gamma.
Source d'origine: Communiqué de presse PSU
