Researchers confirm brightest gamma-ray burst of all time came from the collapse of a massive star
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Des chercheurs confirment que le sursaut gamma le plus brillant de tous les temps provient de l'effondrement d'une étoile massive
par l'Université Northwestern
Visualisation artistique du GRB 221009A montrant les jets relativistes étroits, émergeant d'un trou noir central, qui ont donné naissance au GRB et les restes en expansion de l'étoile d'origine éjectés via l'explosion de la supernova. À l'aide du télescope spatial James Webb, Peter Blanchard, chercheur postdoctoral à l'Université Northwestern, et son équipe ont détecté la supernova pour la première fois, confirmant que GRB 221009A était le résultat de l'effondrement d'une étoile massive. Les co-auteurs de l'étude ont également découvert que l'événement s'est produit dans une région dense de formation d'étoiles de sa galaxie hôte, comme le montre la nébuleuse d'arrière-plan. Crédit : Aaron M. Geller / Northwestern / CIERA / Services informatiques et de données de recherche informatique
En octobre 2022, une équipe internationale de chercheurs, comprenant des astrophysiciens de l’Université Northwestern, a observé le sursaut gamma (GRB) le plus brillant jamais enregistré, GRB 221009A.
Aujourd'hui, une équipe dirigée par Northwestern a confirmé que le phénomène responsable de cette explosion historique, surnommé le B.O.A.T. (« le plus brillant de tous les temps ») – est l'effondrement puis l'explosion d'une étoile massive. L'équipe a découvert l'explosion, ou supernova, à l'aide du télescope spatial James Webb (JWST) de la NASA.
Tandis que cette découverte résout un mystère, un autre mystère s’approfondit.
Les chercheurs ont émis l’hypothèse que des preuves de la présence d’éléments lourds, tels que le platine et l’or, pourraient résider dans la supernova nouvellement découverte. Les recherches approfondies n’ont cependant pas permis de retrouver la signature qui accompagne ces éléments. L’origine des éléments lourds dans l’univers reste l’une des plus grandes questions ouvertes en astronomie.
La recherche est publiée dans la revue Nature Astronomy.
"Lorsque nous avons confirmé que le GRB avait été généré par l'effondrement d'une étoile massive, cela nous a donné l'occasion de tester une hypothèse sur la façon dont se forment certains des éléments les plus lourds de l'univers", a déclaré Peter Blanchard de Northwestern, qui a dirigé l'étude.
"Nous n'avons pas vu de signatures de ces éléments lourds, ce qui suggère que les GRB extrêmement énergétiques comme le B.O.A.T. ne produisent pas ces éléments.
Cela ne veut pas dire que tous les GRB n’en produisent pas, mais c’est une information clé alors que nous continuons à comprendre d’où viennent ces éléments lourds. Les futures observations avec JWST détermineront si les cousins « normaux » du B.O.A.T. produisent ces éléments. »
Naissance du B.O.A.T.
Lorsque sa lumière a balayé la Terre le 9 octobre 2022, le B.O.A.T. il était si brillant qu'il saturait la plupart des détecteurs de rayons gamma du monde. La puissante explosion s’est produite à environ 2,4 milliards d’années-lumière de la Terre, en direction de la constellation de la Sagitta et a duré quelques centaines de secondes. Alors que les astronomes se précipitaient pour observer l’origine de ce phénomène incroyablement brillant, ils ont immédiatement été frappés par un sentiment de crainte.
"Tant que nous avons pu détecter les GRB, il ne fait aucun doute que ce GRB est le plus brillant que nous ayons jamais observé, d'un facteur 10 ou plus", a déclaré Wen-fai Fong, professeur agrégé de physique et d'astronomie à Weinberg, dans le Northwestern. Collège des Arts et des Sciences et membre du CIERA, disait-il à l'époque.
"L'événement a produit certains des photons les plus énergétiques jamais enregistrés par des satellites conçus pour détecter les rayons gamma", a déclaré Blanchard. "C'est un événement que la Terre n'observe qu'une fois tous les 10 000 ans. Nous avons la chance de vivre à une époque où nous disposons de la technologie nécessaire pour détecter ces sursauts qui se produisent à travers l'univers. C'est tellement excitant d'observer un phénomène astronomique aussi rare que le B.O.A.T. et travailler à comprendre la physique derrière cet événement exceptionnel."
Une supernova « normale »
Plutôt que d'observer l'événement immédiatement, Blanchard, son proche collaborateur Ashley Villar de l'Université Harvard et leur équipe ont souhaité observer le GRB au cours de ses phases ultérieures. Environ six mois après la détection initiale du GRB, Blanchard a utilisé le JWST pour examiner ses conséquences.
"Le GRB était si brillant qu'il a masqué toute signature potentielle de supernova dans les premières semaines et mois après l'éclatement", a déclaré Blanchard. "À ces moments-là, la soi-disant rémanence du GRB était comme les phares d'une voiture venant droit sur vous, vous empêchant de voir la voiture elle-même. Nous avons donc dû attendre qu'elle s'estompe considérablement pour nous donner une chance de voir la supernova.
Blanchard a utilisé le spectrographe proche infrarouge du JWST pour observer la lumière de l'objet aux longueurs d'onde infrarouges. C'est à ce moment-là qu'il a découvert la signature caractéristique d'éléments comme le calcium et l'oxygène que l'on trouve généralement dans une supernova. Étonnamment, il n’était pas exceptionnellement brillant, comme le GRB incroyablement brillant qui l’accompagnait.
"Ce n'est pas plus brillant que les supernovae précédentes", a déclaré Blanchard. "Cela semble assez normal dans le contexte d'autres supernovae associées à des GRB moins énergétiques. On pourrait s'attendre à ce que la même étoile qui s'effondre produisant un GRB très énergétique et brillant produise également une supernova très énergétique et brillante. Mais il s'avère que ce n'est pas le cas. Nous avons ce GRB extrêmement lumineux, mais une supernova normale."
Manquant : éléments lourds
Après avoir confirmé pour la première fois la présence de la supernova, Blanchard et ses collaborateurs ont ensuite recherché des preuves de la présence d'éléments lourds à l'intérieur de celle-ci. Actuellement, les astrophysiciens ont une image incomplète de tous les mécanismes de l’univers capables de produire des éléments plus lourds que le fer.
Le principal mécanisme de production d’éléments lourds, le processus de capture rapide des neutrons, nécessite une concentration élevée de neutrons. Jusqu’à présent, les astrophysiciens n’ont confirmé la production d’éléments lourds via ce processus que lors de la fusion de deux étoiles à neutrons, une collision détectée par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en 2017.
Mais les scientifiques affirment qu’il doit exister d’autres moyens de produire ces matériaux insaisissables. Il y a tout simplement trop d’éléments lourds dans l’univers et trop peu de fusions d’étoiles à neutrons.
Cela ne veut pas dire que tous les GRB n’en produisent pas, mais c’est une information clé alors que nous continuons à comprendre d’où viennent ces éléments lourds. Les futures observations avec JWST détermineront si les cousins « normaux » du B.O.A.T. produisent ces éléments. »
Naissance du B.O.A.T.
Lorsque sa lumière a balayé la Terre le 9 octobre 2022, le B.O.A.T. il était si brillant qu'il saturait la plupart des détecteurs de rayons gamma du monde. La puissante explosion s’est produite à environ 2,4 milliards d’années-lumière de la Terre, en direction de la constellation de la Sagitta et a duré quelques centaines de secondes. Alors que les astronomes se précipitaient pour observer l’origine de ce phénomène incroyablement brillant, ils ont immédiatement été frappés par un sentiment de crainte.
"Tant que nous avons pu détecter les GRB, il ne fait aucun doute que ce GRB est le plus brillant que nous ayons jamais observé, d'un facteur 10 ou plus", a déclaré Wen-fai Fong, professeur agrégé de physique et d'astronomie à Weinberg, dans le Northwestern. Collège des Arts et des Sciences et membre du CIERA, disait-il à l'époque.
"L'événement a produit certains des photons les plus énergétiques jamais enregistrés par des satellites conçus pour détecter les rayons gamma", a déclaré Blanchard. "C'est un événement que la Terre n'observe qu'une fois tous les 10 000 ans. Nous avons la chance de vivre à une époque où nous disposons de la technologie nécessaire pour détecter ces sursauts qui se produisent à travers l'univers. C'est tellement excitant d'observer un phénomène astronomique aussi rare que le B.O.A.T. et travailler à comprendre la physique derrière cet événement exceptionnel."
Une supernova « normale »
Plutôt que d'observer l'événement immédiatement, Blanchard, son proche collaborateur Ashley Villar de l'Université Harvard et leur équipe ont souhaité observer le GRB au cours de ses phases ultérieures. Environ six mois après la détection initiale du GRB, Blanchard a utilisé le JWST pour examiner ses conséquences.
"Le GRB était si brillant qu'il a masqué toute signature potentielle de supernova dans les premières semaines et mois après l'éclatement", a déclaré Blanchard. "À ces moments-là, la soi-disant rémanence du GRB était comme les phares d'une voiture venant droit sur vous, vous empêchant de voir la voiture elle-même. Nous avons donc dû attendre qu'elle s'estompe considérablement pour nous donner une chance de voir la supernova.
Blanchard a utilisé le spectrographe proche infrarouge du JWST pour observer la lumière de l'objet aux longueurs d'onde infrarouges. C'est à ce moment-là qu'il a découvert la signature caractéristique d'éléments comme le calcium et l'oxygène que l'on trouve généralement dans une supernova. Étonnamment, il n’était pas exceptionnellement brillant, comme le GRB incroyablement brillant qui l’accompagnait.
"Ce n'est pas plus brillant que les supernovae précédentes", a déclaré Blanchard. "Cela semble assez normal dans le contexte d'autres supernovae associées à des GRB moins énergétiques. On pourrait s'attendre à ce que la même étoile qui s'effondre produisant un GRB très énergétique et brillant produise également une supernova très énergétique et brillante. Mais il s'avère que ce n'est pas le cas. Nous avons ce GRB extrêmement lumineux, mais une supernova normale."
Manquant : éléments lourds
Après avoir confirmé pour la première fois la présence de la supernova, Blanchard et ses collaborateurs ont ensuite recherché des preuves de la présence d'éléments lourds à l'intérieur de celle-ci. Actuellement, les astrophysiciens ont une image incomplète de tous les mécanismes de l’univers capables de produire des éléments plus lourds que le fer.
Le principal mécanisme de production d’éléments lourds, le processus de capture rapide des neutrons, nécessite une concentration élevée de neutrons. Jusqu’à présent, les astrophysiciens n’ont confirmé la production d’éléments lourds via ce processus que lors de la fusion de deux étoiles à neutrons, une collision détectée par le Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en 2017.
Mais les scientifiques affirment qu’il doit exister d’autres moyens de produire ces matériaux insaisissables. Il y a tout simplement trop d’éléments lourds dans l’univers et trop peu de fusions d’étoiles à neutrons.
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COMMENTAIRE
Cet aticle peut nous proser deux problèmes de fond .
Le premier : savons nous discrimner et expliquer tous les types de sursauts gammas ? Quel est théoriquement le ùaximum d émission d énergie possible en gamma ou en frequence electromagnetique ???
Reponse :Les scientifiques savent désormais que la grande majorité des sursauts gamma sont des « sursauts longs » d’une durée supérieure à 2 secondes. On pense qu’ils se produisent lorsqu’une étoile massive manque de carburant. Sans force pour résister à l'écrasement de sa propre gravité, le noyau de l'étoile s'effondre en un corps noir.
La deuxième question est presque d ofre de science fiction voire philosophique . Quelle est l ampleur energetique de tout type d energie ,par exemple d in big nang ,de l explosion d un trou noir o etc ?
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More information: JWST detection of a supernova associated with GRB 221009A without an r-process signature', Nature Astronomy (2024). DOI: 10.1038/s41550-024-02237-4
Journal information: Nature Astronomy
Provided by Northwestern University
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