Les électrons thermiques jouent un rôle clé dans la détermination des émissions des rémanences des sursauts gamma

La présence de rayons gamma exceptionnellement énergétiques observés dans certaines rémanences de sursauts gamma intenses (GRB) pourrait être expliquée par un nouveau modèle mathématique développé par des chercheurs du RIKEN. Cette découverte pourrait aider à faire la lumière sur l’origine des GRB.

Un GRB est une éruption spectaculaire d’énergie produite par des événements violents tels que la mort explosive d’une étoile massive ou la collision de deux étoiles à neutrons. Un GRB tire également un jet de matière et d’énergie dans le matériau qui entoure l’étoile, choquant des particules telles que des protons et des électrons et les faisant émettre un rayonnement. Les photons émis, allant des ondes radio aux rayons gamma, peuvent être détectés depuis la Terre comme une rémanence GRB.

La grande majorité des observations de rémanence GRB peuvent être expliquées par les théories actuelles, ce qui ne devrait pas surprendre : elles ne seraient pas les théories actuelles si elles ne correspondaient pas à la réalité. Mais les rémanences de deux GRB récents ont produit des rayons gamma avec des énergies inhabituellement élevées qui mettent ces théories à rude épreuve. “La surprise avec ces deux sursauts était que nous n’avions jamais détecté de photons aussi énergétiques auparavant”, explique Donald Warren du programme interdisciplinaire de sciences théoriques et mathématiques du RIKEN (iTHEMS).

Pour expliquer les rayons gamma inhabituels, les chercheurs ont comparé deux modèles théoriques de rémanence. La première était basée sur la théorie conventionnelle, suggérant que la distribution d’énergie parmi les électrons choqués suit une courbe assez simple, connue sous le nom de distribution en loi de puissance. Dans ce scénario, la plupart des électrons ont relativement peu d’énergie et seuls quelques-uns ont les énergies les plus élevées. Il est important de garder un sens de la perspective cependant. “Même les électrons à faible énergie ici seraient les rois de la pile d’énergie dans le système solaire”, commente Warren.

Leur deuxième modèle a ajouté des soi-disant électrons thermiques dans le mélange. Ceux-ci ont une distribution d’énergie différente, qui ressemble à la façon dont les molécules d’un gaz chaud partagent leur énergie.

“Étant donné que les deux modèles prédisent différents nombres d’électrons à certaines énergies, ils prédisent en conséquence une émission de photons différente”, explique Warren.

Le deuxième modèle comporte plus d’électrons à la bonne énergie pour générer les rayons gamma à haute énergie observés dans les rémanences des deux GRB hautement énergétiques. “La conclusion la plus importante de l’article est que les électrons thermiques augmentent considérablement l’émission que vous obtenez aux énergies de photons les plus élevées”, déclare Warren.

Cela signifie que le deuxième modèle offre potentiellement une meilleure description de ces rémanences GRB. “La prochaine étape consiste à utiliser ce nouveau modèle pour estimer les paramètres de quelques GRB, afin de s’assurer qu’il correspond aux observations au moins aussi bien que le modèle actuel”, explique Warren. Cela pourrait finalement aider les astronomes à affiner leurs théories sur la façon dont les GRB eux-mêmes se produisent.

La recherche a été publiée dans Le Journal Astrophysique.