L’instrument spatial SVOM/ECLAIRs permettra de mieux comprendre les sursauts gamma ultra-longs

A la une!, I7 : Les sursauts gamma à l’ère des multi-messagers, Les actualités

ECLAIRs est l’instrument principal de la mission spatiale SVOM qui sera lancée en juin 2022. Une mission franco-chinoise développée en partenariat avec le CNES, le CEA et le CNRS, dont l’un des sujets principales est l’étude des sursauts gamma. Ce résultat revient sur le rôle que pourrait avoir ECLAIRs dans la détection des sursauts gamma ultra-long.

Une vue d’artiste du satellite SVOM qui comprend des instruments optiques, à rayons X et gamma. © CNES/CEA

Les sursauts gammas (GRB pour Gamma Ray-Burst) comptent parmi les phénomènes les plus énergétiques de l’Univers : il s’agit d’une bouffée de rayonnement gamma très courte marquant la naissance d’un trou noir de masse stellaire dans une galaxie lointaine. Bien que leur occurrence soit très rare (un sursaut gamma par million d’années et par galaxie, contre par exemple une à trois supernovae par siècle et par galaxie), ceux-ci sont tellement brillants qu’on les repère de beaucoup plus loin dans l’Univers. À ce jour, plus de 8 000 sursauts gamma ont été recensés depuis leur découverte dans les années 1960.

L’éclat des sursauts gamma, provenant donc d’autres galaxies, en fait des sondes cosmologiques de premier choix pour étudier l’évolution de l’Univers depuis son jeune âge. Il est cependant difficile techniquement de mesurer la distance des sursauts gamma. Cela requiert l’intervention rapide de plusieurs observatoires spatiaux et terrestres. Ainsi, nous ne connaissons la distance que d’une petite fraction de tous les sursauts gamma détectés.

De plus, si les sursauts gamma ne durent généralement que quelques secondes à plusieurs dizaines de secondes, des observations récentes ont montrés que quelques rares sursauts gammas pouvaient duraient plusieurs dizaines de minutes, voire plusieurs heures (comme GRB 111209A, observé en 2011, et restait active pendant presque 7 heures). Ces sursauts gamma ultra-long (ulGRB) pourraient ainsi peut-être constituer un nouveau type de sursauts gammas issus d’un processus encore inconnu.

La future mission SVOM, qui sera lancée en juin 2022, sera dédiée aux sursauts gamma et à l’astronomie transitoire. Grâce à son instrument ECLAIRs, développé entre autre au laboratoire APC, il pourra contribuer à la détection des ulGRBs et à une meilleure compréhension de ceux-ci, notamment grâce à son déclencheur d’images. De plus, grâce à ses capacités de suivi dans les bandes X, optique et proche infrarouge, SVOM pourrait fournir un bon aperçu des propriétés de cette nouvelle classe d’événements.

Le résultat présentait ici revient sur la capacité du télescope à ECLAIRs à détecter des sursauts gamma ultra-long. À partir, non seulement, des données issues des observations des ulGRB connues (observé par les instruments Swift et BAT), mais aussi des simulations de ECLAIRs, les chercheurs ont montré que ce dernier serait efficace pour la détection des ulGRB. Finalement, ECLAIRs devrait détecter des sursauts gamma ultra-long au moins au même rythme que Swift/BAT, permettant donc d’en apprendre beaucoup plus sur l’origine de ces phénomènes encore mal connus.

Au total, le nombre de sursauts qui seront détectés par ECLAIRs est estimé à 70 par an, auxquels il faut ajouter de nombreuses autres sources transitoires. En moyenne, c’est donc 2 ou 3 fois par semaine que ECLAIRs déclenchera une alerte qui amorcera une longue succession d’observations avec SVOM lui-même, puis avec les puissants télescopes au sol.

Références :

Dagoneau, Nicolas, Stéphane Schanne, Jean-Luc Atteia, Diego Götz, et Bertrand Cordier. « Ultra-Long Gamma-Ray Bursts Detection with SVOM/ECLAIRs ». Experimental Astronomy 50, no 1 (1 août 2020): 91‑123. https://doi.org/10.1007/s10686-020-09665-w

Le LabEx UnivEarthS a contribué à cette recherche par le financement du projet Interface “Les sursauts gamma, un laboratoire unique pour l’astrophysique moderne” (I7).