Le télescope spatial Integral de l’ESA a détecté un sursaut gamma sans précédent provenant d’une étoile lointaine en explosion, provoquant d’importantes perturbations dans l’ionosphère terrestre. Cet événement, le plus brillant et le plus puissant du genre jamais enregistré, a conduit les chercheurs à explorer son lien potentiel avec les extinctions massives historiques sur Terre.
Une énorme explosion de rayons gamma, détectée par le télescope spatial Integral de l’ESA, a frappé la Terre. L’explosion a provoqué une perturbation importante de l’ionosphère de notre planète. De telles perturbations sont généralement associées à des événements de particules énergétiques sur le Soleil, mais celui-ci était le résultat de l’explosion d’une étoile située à près de deux milliards d’années-lumière. L’analyse des effets de l’explosion pourrait fournir des informations sur les extinctions massives de l’histoire de la Terre.
Détection du sursaut gamma le plus brillant
À 14h21 BST / 15h21 CEST le 9 octobre 2022, un sursaut gamma (GRB) extrêmement brillant et de longue durée a été détecté par de nombreux satellites à haute énergie en orbite proche de la Terre, y compris le satellite Integral de l’ESA. mission.
L’impression artistique représente l’effet d’une puissante explosion de rayons gamma qui a provoqué une perturbation importante de l’ionosphère de notre planète. C’est le résultat d’un sursaut gamma (GRB) provenant de l’explosion d’une supernova d’une étoile, dans une galaxie située à près de deux milliards d’années-lumière. Crédit : ESA/ATG Europe ; CC BY-SA 3.0 IGO
Le Laboratoire international d’astrophysique des rayons gamma (Integral) a été lancé par l’ESA en 2002 et détecte depuis lors des sursauts gamma presque tous les jours. Cependant, GRB 221009A, comme l’a appelé l’explosion, était tout sauf ordinaire. « Il s’agit probablement du sursaut gamma le plus brillant que nous ayons jamais détecté », déclare Mirko Piersanti, de l’Université de L’Aquila, en Italie, et auteur principal de l’équipe qui a publié ces résultats.
Comprendre les sursauts gamma
Les sursauts gamma étaient autrefois des événements mystérieux, mais ils sont désormais reconnus comme étant l’effusion d’énergie d’étoiles explosives appelées supernovae, ou la collision de deux étoiles à neutrons super denses.
« Nous mesurons les sursauts gamma depuis les années 1960, et c’est le plus puissant jamais mesuré », déclare le co-auteur Pietro Ubertini, de l’Institut national d’astrophysique de Rome, en Italie, et chercheur principal de l’instrument IBIS d’Intergral. Si fort en fait que son plus proche rival enregistré est dix fois plus faible. Statistiquement, un GRB aussi fort que le GRB 221009A n’arrive sur Terre qu’une fois tous les 10 000 ans.
Impact sur l’ionosphère terrestre
Pendant les 800 secondes d’impact des rayons gamma, l’explosion a fourni suffisamment d’énergie pour activer les détecteurs de foudre en Inde. Des instruments allemands ont détecté des signes indiquant que l’ionosphère terrestre a été perturbée pendant plusieurs heures par l’explosion. Cette quantité extrême d’énergie a donné à l’équipe l’idée de rechercher les effets de l’explosion sur l’ionosphère terrestre.
L’ionosphère est la couche de la haute atmosphère terrestre qui contient des gaz chargés électriquement appelés plasma. Il s’étend d’environ 50 km à 950 km d’altitude. Les chercheurs l’appellent l’ionosphère supérieure au-dessus de 350 km et l’ionosphère inférieure en dessous. L’ionosphère est si ténue que les vaisseaux spatiaux peuvent occuper des orbites dans la majeure partie de l’ionosphère.
Première observation de la perturbation de l’ionosphère supérieure
L’un de ces engins spatiaux est le satellite sismo-électromagnétique chinois (CSES), également connu sous le nom de Zhangheng, une mission spatiale sino-italienne. Il a été lancé en 2018 et surveille la face supérieure de l’ionosphère pour détecter les changements dans son comportement électromagnétique. Sa mission première est d’étudier les liens possibles entre les modifications de l’ionosphère et l’apparition d’événements sismiques tels que les tremblements de terre, mais elle peut également étudier l’impact de l’activité solaire sur l’ionosphère.
Mirko et Pietro font tous deux partie de l’équipe scientifique du CSES et ils ont réalisé que si le GRB avait créé une perturbation, le CSES aurait dû le voir. Mais ils ne pouvaient pas en être sûrs. « Nous avions recherché cet effet sur d’autres GRB dans le passé, mais nous n’avions rien vu », explique Pietro.
Cette illustration montre les ingrédients d’un long sursaut gamma, le type le plus courant. Le noyau d’une étoile massive (à gauche) s’est effondré, formant un trou noir qui envoie un jet de particules se déplaçant à travers l’étoile en train de s’effondrer et dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Le rayonnement à travers le spectre provient du gaz ionisé chaud (plasma) à proximité du trou noir nouveau-né, des collisions entre les coquilles de gaz se déplaçant rapidement à l’intérieur du jet (ondes de choc internes) et du bord d’attaque du jet lors de son balayage. et interagit avec son environnement (choc extérieur). Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA
Dans le passé, des GRB ont été observés affectant la partie inférieure de l’ionosphère pendant la nuit, lorsque l’influence solaire est supprimée, mais jamais dans la partie supérieure. Cela avait conduit à croire qu’au moment où il atteignait la Terre, le souffle d’un GRB n’était plus assez puissant pour produire une variation de la conductivité ionosphérique conduisant à une variation du champ électrique.
Cette fois, cependant, lorsque les scientifiques ont regardé, leur chance a été différente. L’effet était évident et fort. Pour la première fois, ils ont observé une perturbation intense sous la forme d’une forte variation du champ électrique dans l’ionosphère supérieure. « C’est étonnant. Nous pouvons observer des événements qui se produisent dans l’espace lointain, mais qui affectent également la Terre », explique Erik Kuulkers, scientifique du projet de l’ESA.
L’impact considérable du sursaut gamma
Ce GRB particulier a eu lieu dans une galaxie située à près de 2 milliards d’années-lumière – il y a donc deux milliards d’années – et pourtant il disposait encore de suffisamment d’énergie pour affecter la Terre. Alors que le Soleil est généralement la principale source de rayonnement suffisamment puissante pour affecter l’ionosphère terrestre, ce GRB a déclenché des instruments généralement réservés à l’étude des immenses explosions dans l’atmosphère solaire connues sous le nom d’éruptions solaires. « Cette perturbation a notamment touché les couches les plus basses de l’ionosphère terrestre, situées à seulement quelques dizaines de kilomètres au-dessus de la surface de notre planète, laissant une empreinte comparable à celle d’une éruption solaire majeure », explique Laura Hayes, chercheuse et physicienne solaire à l’ESA.
Implications pour la Terre
Cette empreinte s’est manifestée sous la forme d’une augmentation de l’ionisation dans l’ionosphère inférieure. Il a été détecté dans des signaux radio à très basse fréquence qui rebondissent entre le sol et la basse ionosphère terrestre. « Essentiellement, nous pouvons dire que l’ionosphère s’est « déplacée » vers des altitudes plus basses, et nous l’avons détecté dans la façon dont les ondes radio rebondissent le long de l’ionosphère », explique Laura, qui a publié ces résultats en 2022.
Cela renforce l’idée selon laquelle une supernova dans notre propre galaxie pourrait avoir des conséquences bien plus graves. « Il y a eu un grand débat sur les conséquences possibles d’un sursaut gamma dans notre propre galaxie », explique Mirko.
Dans le pire des cas, l’explosion n’affecterait pas seulement l’ionosphère, elle pourrait également endommager la couche d’ozone, permettant ainsi au dangereux rayonnement ultraviolet du Soleil d’atteindre la surface de la Terre. Un tel effet a été supposé être une cause possible de certains des événements d’extinction massive connus pour avoir eu lieu sur Terre dans le passé. Mais pour étudier cette idée, nous aurons besoin de beaucoup plus de données.
Maintenant qu’ils savent exactement quoi rechercher, l’équipe a déjà commencé à examiner les données collectées par le CSES et à les corréler avec les autres sursauts gamma observés par Integral. Et bien qu’ils ne puissent remonter qu’à 2018, lorsque le CSES a été lancé, une mission de suivi a déjà été planifiée, garantissant que cette nouvelle fenêtre fascinante sur la façon dont la Terre interagit, même avec l’Univers très lointain, restera désormais ouverte.
