À NE PAS DIFFUSER AVANT: 14h00, heure normale de l'Est, Jeudi 2 novembre 2000
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American Association for the Advancement of Science
Deux exposés de Science émettent l'hypothèse selon laquelle les supernovae seraient associées à des salves de rayons gamma
Les supernovae, étoiles qui meurent par explosion, pourraient notamment être liées à certaines salves de rayons gamma, le déplacement d'énergie le plus intense de l'univers. Deux équipes internationales de recherche présentent les résultats de leur travaux dans le numéro du 3 novembre de Science.
Leurs découvertes pourraient permettre d'élucider un mystère vieux de plusieurs décennies concernant la cause de ces explosions massives qui se produisent quotidiennement dans des galaxies lointaines et exigent d'étonnantes quantités d'énergie.
" Nous nous interrogons depuis longtemps sur la nature des environnements dans lesquels les salves de rayons gamma se produisent et sur leurs origines. " Du fait de l'énergie peu commune associée à ces événements, ils sont extrêmement rares et difficiles à expliquer ", déclare l'auteur de Science, Filippo Frontera de l'Universita' di Ferrara, à Ferrara en Italie, et de l'Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri (TESRE) du CNR, à Bologne en Italie.
" Nous avons récemment compris que les énormes explosions liées aux salves de rayons gamma n'effaçaient pas complètement les traces de leurs progéniteurs et qu'elles pouvaient en réalité aider à comprendre les événements qui les ont précédées, " déclare l'auteur Luigi Piro de l'Istituto de Astrofisica Spaziale du CNR, à Rome, en Italie.
Piro et Frontera sont les auteurs principaux des deux publications parues dans Science. Ils ont participé aux groupes de recherche chargés d'étudier les deux plus récentes salves de rayons gamma.
Les deux équipes ont trouvé la preuve qu'au fur et à mesure que les salves augmentent de volume, comme le feraient des bulles qui se gonflent, elles traversent un nuage de gaz, riche en fer situé à proximité. Hors, nous savons que du fer est généré par les explosions de supernovae par lesquelles certaines étoiles mettent fin à leur vie.
L'un des deux modèles retenus pour tenter d'expliquer les origines des salves de rayons gamma repose sur la théorie de l' " ancêtre " d'une supernova. Bien que l'on ne connaisse pas encore les origines exactes d'une salve, un des scénarios envisagés implique l'effondrement d'un objet de forte densité comme une étoile à neutrons ou un trou noir, engendré par la supernova.
Selon le deuxième modèle retenu, la salve est engendrée par l'énergie provenant d'une fusion entre deux objets denses qui évoluent l'un vers l'autre, formant une spirale orientée vers l'intérieur.
Les chercheurs ont étudié le spectre des rayons X(autrement dit un arc-en-ciel, aux longueurs d'ondes des rayonsX) émis par les salves de rayons gamma. L'équipe de Piro a travaillé avec l'Observatoire américain des rayons Xde Chandra, l'American Chandra X-Ray Observatory, et Frontera s'est servi du satellite BeppoSAX, un projet italien avec une participation hollandaise.
Les deux groupes ont observé la présence d'"empreintes" dans le spectre, ce qui indique que les salves ont rencontré un nuage de gaz riche en fer. Frontera et Piro ont expliqué que le nuage avait probablementété produit lors de l'explosion d'une supernova. Au fur et à mesure que les étoiles se développent et deviennent de plus en plus chaudes, les réactions nucléaires qui ont lieu dans leur cœur produisent des éléments de plus en plus lourds. Lorsqu'une étoile atteint la taille d'une supernova, elle produit l'élément le plus lourd possible : le fer.
Piro et son équipe de chercheurs venant d'Italie, des États-Unis, du Japon, des Pays-Bas et de Russie ont étudié les spectres de rayons X émis par une salve le 16 décembre 1999. L'Observatoire de Chandra a détecté la salve 37 heures après qu'elle ait débutée et a enregistré la luminescence résiduelle des rayons X pendant 3,4 heures.
Les spectres indiquaient des pics d'énergie au niveau de deux longueurs d'ondes principales. Selon les auteurs, le premier pic serait du à une émission de fer qui a été ionisé, ce qui peut se produire lorsque la salve traverse le nuage de gaz, débarrassant les atomes de leurs électrons. Le deuxième pic correspond à une émission de fer recombiné auquel se sont accrochés des électrons après l'événement.
" Nos observations montrent que les matériaux se déplacent à une vitesse de 30 000 kilomètres par seconde, ce qui correspond à dix pour cent de la vitesse de la lumière, et que le nuage riche en fer est d'une extrême densité. L'importance de la masse de projections nous indique que le progéniteur était une étoile très massive ", explique Piro.
D'après Piro et ses collègues, l'hypothèse la plus simple pouvant expliquer leurs observations est qu'une supernova aurait pu éjecter le nuage peu avant la salve de rayons gamma.
Selon Frontera et ses collègues, le spectre de rayons X mesuré par BeppoSAX au tout début d'une salve qui s'est produite le 5 juillet 1999, signale également la présence d'une quantitémassive d'atomes de fer à proximité de la salve.
L'équipe de Frontera composée de chercheurs italiens et hollandais a simulé le minimum rencontré dans le spectre de rayons X pendant les dix premières secondes de l'événement. Selon leurs calculs, le minimum viendrait dufer ionisé présent dans les restes d'une supernova se trouvant à proximité de l'explosion de rayons gamma.
Toutefois, lorsque les chercheurs ont calculé la densité de leur nuage, ils ont obtenu un chiffre relativement faible. Ils en ont conclu que l'explosion de la supernova s'était produite environ 10 ans avant la salve.
Pour expliquer leurs découvertes, les auteurs ont fait appel au modèle dit " supranova ", dans lequel la salve de rayons gamma provient de l'effondrement d'une étoile à neutrons formée par la supernova plutôt que de l'explosion directe d'une supernova.
" Bien que nous ne soyons pas encore en mesure d'écarter les autres hypothèses, celle-ci semble être la plus simple et correspond le mieux à nos résultats ", a déclaré Frontera.
Les coauteurs de Piro ayant collaboré à la rédaction de l'article sur Chandra sont : G. Garmire et P. Mészáros, de l'Université de Penn State, à University Park, en Pennsylvanie ; M. Garcia, du Centre de l'astrophysique Harvard-Smithsonian (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), à Cambridge, dans le Massachusetts ; G. Stratta, E. Costa et M. Feroci, de l'Istituto Astrofisica Spaziale, CNR, à Rome, en Italie ; Mario Vietri, de Terza Università di Roma, à Rome, en Italie ; H. Bradt, de l'Institut de technologie du Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology), à Cambridge, au Massachusetts ; D. Frail, de NRAO, à Socorro, au Nouveau Mexique ; Filippo Frontera, de l'Istituto de Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri, à Bologna, en Italie et de l'Università de Ferrara, à Ferrara, en Italie ; J. Halpern, de l'Université Columbia, à New York, dans l'état de New York ; J. Heise, de l'Organisation de recherches spatiales des Pays-Bas (Space Research Organization Netherlands), à Utrecht, aux Pays-Bas ; K. Hurley, du Laboratoire des sciences spatiales de l'Université de Californie (University of California Space Science Laboratory), à Berkeley, en Californie ; N. Kawai et A. Yoshida, de RIKEN, à Hirosawa, au Japon ; R. M. Kippen, de l'Université d'Alabama et de la NASA/Marshall Space Flight Center, à Huntsville, en Alabama ; F. Marshall, de la NASA/Goddard Space Flight Center, à Greenbelt, au Maryland ; T. Murakami, d'ISAS, à Yoshinodai, au Japon ; V. V. Sokolov, de SAO/RAS, à Zelenchukskaya, en Russie, et T. Takeshima, de l'Agence nationale pour le développement spatial du Japon (National Space Development Agency of Japan), à Tokyo, au Japon. Les recherches effectuées dans le cadre de cet article ont été parrainées par la NASA.
Les coauteurs de Frontera ayant collaboré à la rédaction de l'article sur BeppoSAX sont : Lorenzo Amati, de l'Istituto de Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri, à Bologne, en Italie; Mario Vietri, de Terza Universitá di Roma, à Rome, en Italie ; Jean J. M. in't Zand, John Heise et Erik Kuulkers, de l'Organisation des recherches spatiales des Pays-Bas (Space Research Organization Netherlands), à Utrecht, aux Pays-Bas ; Paolo Soffitta, Enrico Costa, Luigi Piro, Marco Feroci et Giangiacomo Gandolfi, de l'Istituto di Astrofica Spaziale, au CNR, à Rome, en Italie ; Stefano Del Sordo et Luciano Nicastro, de l'Istituto di Fisica Cosmica con Applicazioni all' Informatica, à Palerme, en Italie ; Elena Pian, D. Dal Fiume Nicola Masetti, Mauro Orlandini et Eliana Palazzi, de l'Istituto de Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterretri, au CNR, à Bologne, en Italie ; Lucio A. Antonelli, de l'Osservatorio Astronomico di Roma, à Monte Porzio Catone, en Italie ; Cristiano Guidorzi et Enrico Montanari, de l'Università di Ferrara, à Ferrara, en Italie. Les recherches effectuées dans le cadre de cet article ont été parrainées par l'Agence spatiale italienne (Italian Space Agency) et le Conseil national de recherches de l'Italie (Italian National Research Council).
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