Les supernovae comptent parmi les événements les plus énergétiques de l’univers. Un sous-ensemble de ceux-ci comprend les sursauts gamma, où une grande partie de l’énergie émise provient de photons à très haute énergie. Nous pensons savoir pourquoi cela se produit généralement – le trou noir laissé par l’explosion expulse des jets de matière à une vitesse proche de celle de la lumière. Mais les détails de comment et où ces jets produisent des photons sont loin d’être entièrement définis.
Malheureusement, ces événements se produisent trop rapidement et trop loin, il n’est donc pas facile d’obtenir des notes détaillées à leur sujet. Cependant, un récent sursaut gamma baptisé BOAT (Brightest Ever Recorded) pourrait nous fournir de nouvelles informations sur les événements quelques jours après l’explosion de la supernova. Un nouvel article décrit les données d’un télescope pointant dans la bonne direction et sensible au rayonnement à très haute énergie de l’événement.
J’ai besoin de prendre une douche
Le « télescope » susmentionné est Grand observatoire de la douche aérienne à haute altitude (LHAASO). Situé à trois miles (4 400 mètres) au-dessus du niveau de la mer, l’observatoire est une suite d’instruments qui n’est pas un télescope au sens traditionnel. Au lieu de cela, il est censé capturer les airshowers – une chaîne complexe de débris et de photons qui sont produits lorsque des particules à haute énergie provenant de l’espace entrent en collision avec l’atmosphère.
Bien que limités par rapport aux télescopes conventionnels, les détecteurs de gerbes d’air présentent certains avantages en ce qui concerne les événements tels que BOAT. Ils ont un champ de vision très large car ils n’ont pas vraiment besoin de se concentrer sur un événement mais de le reconstruire à partir des photons et des particules qui atteignent la surface de la Terre. Ils ne sont sensibles qu’aux événements à haute énergie, ce qui signifie que la lumière du jour est trop faible pour interférer, de sorte qu’ils peuvent fonctionner 24 heures sur 24.
Parce que LHAASO prenait des données lorsque la supernova BOAT a éclaté, ses détecteurs ont non seulement capté le début de l’événement, mais ont pu suivre son évolution pendant plusieurs jours après. Alors qu’il y avait une mauvaise résolution spatiale, il y avait une quantité massive de données, toutes séparées par longueur d’onde. Les 100 premières minutes ont vu la détection de plus de 64 000 photons à des énergies supérieures à 200 GeV. Pour le contexte, la conversion de la masse entière d’un proton en énergie donne un peu moins d’un GeV.
L’une des premières choses qui était évidente était qu’il y avait une énorme différence entre les photons à des énergies plus faibles (mais toujours très élevées !) et ceux aux extrémités les plus extrêmes du spectre électromagnétique. Les données des photons qui étaient au-dessus du TeV ont changé doucement au fil du temps, tandis que celles de la gamme des mégaélectronvolts ont fluctué de haut en bas.
Comprendre les données
Les chercheurs suggèrent que ces données sont cohérentes avec la proposition selon laquelle les événements à basse énergie sont causés par les jets interagissant avec les débris turbulents de la supernova. Parce que ces débris seraient complexes et proches de la source des jets, cela limiterait la quantité de particules spatiales dans les jets qui devraient accélérer, plafonnant ainsi leur énergie.
En revanche, des photons de plus haute énergie sont produits dans des régions où les jets ont gratté les débris de la supernova et ont commencé à interagir avec la matière qui constituait l’environnement de l’étoile – des particules probablement bombardées par l’équivalent stellaire du vent solaire. Il s’agit d’un environnement plus clairsemé et uniforme, permettant aux jets un chemin moins turbulent pour accélérer les particules aux énergies extrêmes nécessaires pour produire des photons d’énergies supérieures au TeV.
Bien que passer les débris de supernova semble difficile, le processus se déroule très rapidement car les jets accélèrent les particules à une vitesse proche de celle de la lumière. Par conséquent, il ne faut qu’environ cinq secondes pour voir l’augmentation rapide des photons TeV dans les données.
A partir de là, c’est une descente plus douce qui dure environ 13 secondes. L’équipe de recherche derrière le travail suggère que cela implique que les jets interagissent avec et accélèrent les particules dans l’environnement au-delà du reste de l’étoile. Cela augmente le nombre de photons à haute énergie mais en même temps draine une partie de l’énergie des jets lorsqu’ils sont poussés contre un plus grand tas de matériaux à mesure qu’ils avancent dans l’environnement.
Finalement, cette accumulation de matière attire suffisamment d’énergie pour que le nombre de photons à haute énergie commence à diminuer progressivement. Cette chute est suffisamment lente pour durer environ 11 minutes environ.
Dans le cas de la supernova BOAT, cela a été suivi d’une forte baisse des photons de haute énergie. On pense que cela est dû au fait que les jets s’élargissent à mesure qu’ils s’éloignent de leur source, ce qui signifie que le bateau était aussi brillant que nous l’avons observé parce que le noyau central de son jet était dirigé directement vers le sol. Le moment de cette descente fournit également des informations sur la largeur de l’avion à ce moment.
Il reste encore beaucoup à apprendre sur ces événements – nous ne savons toujours pas comment les trous noirs libèrent des jets de matière en premier lieu, par exemple. Mais ces types d’observations détaillées peuvent nous donner une meilleure idée du moment et de la dynamique de la formation des jets, ce qui aidera finalement à fournir des modèles de ce qui se passe pendant la formation des trous noirs et la formation des jets.
Sciences, 2023. DOI : 10.1126/science.adg9328 (à propos des DOI).
