GRB 191019A : Repenser les origines des sursauts gamma

Les sursauts gamma (GRB) sont des éclairs intenses de rayons gamma, une radiation de haute énergie, qui peuvent durer de quelques millisecondes à plusieurs minutes. Les scientifiques classifient ces explosions en deux types principaux selon leur durée : les GRB longs et les GRB courts. Les GRB longs durent plus de 2 secondes et sont généralement liés à l'effondrement d'étoiles massives. Les GRB courts, quant à eux, durent moins de 2 secondes et sont habituellement associés à la fusion d'objets compacts comme des étoiles à neutrons ou des trous noirs.

Un cas intrigant est le GRB 191019A, qui a été identifié comme un GRB long mais a montré des traits suggérant qu'il pourrait provenir de quelque chose de complètement différent. Détecté le 19 octobre 2019 par l'observatoire Neil Gehrels Swift, cet événement a d'abord été classé comme un GRB long en raison de sa durée. Cependant, malgré des observations suggérant un long sursaut, les scientifiques n'ont pas détecté de supernova ou d'activité significative de formation d'étoiles dans sa galaxie hôte. Cela a soulevé des questions sur son véritable origine.

Les caractéristiques inhabituelles du GRB 191019A ont amené les chercheurs à proposer un scénario différent. Ils ont suggéré que ce sursaut avait en fait été produit par la fusion de deux objets compacts, probablement situés dans le disque d'une galaxie active. Cette idée vient du fait que le sursaut se trouvait près du centre de sa galaxie hôte. Les chercheurs ont avancé que ses signaux émis pourraient avoir semblé étirés dans le temps à cause de leur interaction avec un milieu dense entourant le site de fusion.

En analysant la courbe de luminosité, qui est un graphique montrant la brillance du sursaut au fil du temps, les scientifiques ont cherché à mieux comprendre les propriétés du GRB 191019A. La courbe de luminosité montrait une forme distinctive à double pic, ce qui correspond aux prédictions pour les GRB qui se produisent dans des environnements à haute densité. Le premier pic provient probablement de la photosphère, d'où la radiation s'échappe, tandis que le second pic provient de chocs inverses survenant avant que des chocs internes ne puissent se former. Cette observation a conduit à la conclusion que le GRB 191019A pourrait être la première explosion confirmée provenant d'un Disque d'accrétion, un disque de matière dense en rotation autour d'un trou noir central, avec des implications notables sur notre compréhension de la formation et de l'évolution des étoiles dans de tels environnements.

Traditionnellement, les GRB ont été liés à des milieux galactiques où les densités environnantes sont faibles ou modérées. Cependant, des études récentes ont mis en évidence la possibilité que certains sursauts proviennent des disques denses de Galaxies Actives. Ces environnements pourraient expliquer certaines observations faites par des détecteurs d'ondes gravitationnelles, qui ont enregistré des événements ne correspondant pas aux modèles typiques d'évolution stellaire.

Dans les disques de noyaux galactiques actifs (AGN), on trouve des restes d'étoiles massives, y compris des étoiles à neutrons et des trous noirs. Les étoiles peuvent apparaître dans ces disques en raison de deux principaux processus : la capture d'amas d'étoiles environnants ou la formation à partir d'instabilités gravitationnelles au sein du disque lui-même. Une fois ces étoiles dans le disque AGN, elles peuvent évoluer différemment par rapport aux étoiles dans les galaxies normales. Les hautes densités et les fortes forces dans les disques AGN permettent aux étoiles de devenir plus grandes et de gagner plus de rotation, en faisant des sources potentielles pour des GRB longs.

Les GRB courts, eux, sont également attendus dans les disques AGN. Ces sursauts proviennent généralement de la fusion d'étoiles à neutrons ou de trous noirs à proximité. L'environnement dense de l'AGN peut modifier considérablement la manière dont ces sursauts apparaissent. Des facteurs comme la taille du disque et l'emplacement de l'événement peuvent influencer si le GRB est complètement absorbé ou apparaît plus diffus.

Les interactions entre les rayons gamma émis et le milieu dense peuvent également entraîner des phénomènes uniques, comme des sursauts lumineux de neutrinos et des décalages significatifs dans les courbes de luminosité. Dans des environnements à forte densité, les chercheurs ont noté que les GRB pourraient présenter une émission prolongée en raison de l'overlap de pulsations individuelles, entraînant une évolution lente de la brillance.

En analysant le GRB 191019A, les chercheurs ont constaté que les caractéristiques de sa courbe de luminosité et de son comportement spectral pouvaient s'expliquer par la dynamique d'un GRB court se produisant dans un milieu très dense. Ils ont modélisé la courbe de luminosité et dérivé plusieurs propriétés clés, y compris l'énergie libérée et la densité du milieu environnant, qui semblait cohérente avec ce qui est attendu dans un disque AGN.

Les observations du GRB 191019A ont montré que sa courbe de luminosité présentait une montée rapide et une chute exponentielle, typiques des GRB. Le sursaut avait aussi des indications de spectres changeants, ce qui compliquait encore sa classification. L'absence d'une supernova correspondante et le manque de formation d'étoiles dans la galaxie hôte ont ajouté à l'incertitude de son origine.

Les chercheurs ont suggéré qu'au lieu d'un effondrement d'une étoile massive, l'événement était plus probablement dû à la fusion de deux objets compacts facilitée par des interactions dans l'environnement dense entourant le trou noir supermassif au centre de la galaxie. Ils ont avancé que le GRB 191019A était un GRB de courte durée provenant d'un disque AGN et ont fourni des comparaisons avec des scénarios connus pour soutenir leur théorie.

La modélisation a démontré qu'il était possible qu'un GRB court typique puisse émerger dans ce contexte, avec des paramètres spécifiques pour l'énergie et le facteur de Lorentz. Les résultats indiquaient un milieu dense entourant l'événement, plus élevé que dans les nuages moléculaires normaux, ce qui correspond aux conditions dans les sections extérieures d'un disque AGN.

Le positionnement unique du GRB 191019A dans sa galaxie hôte laisse entendre un possible disque AGN, comme observé à travers ses caractéristiques morphologiques. Il y avait des signes que le noyau de la galaxie hôte pourrait avoir un système binaire de trous noirs pouvant mener à de tels sursauts. Ce scénario souligne la complexité de ces environnements et le potentiel de divers processus à contribuer aux caractéristiques observées dans les sursauts gamma.

Les conclusions tirées de l'étude du GRB 191019A suggèrent que d'autres investigations pourraient apporter des éclairages sur comment des sursauts similaires pourraient se produire à l'avenir. Cela pourrait également aider à affiner notre compréhension des fusions binaires et de leur lien avec les sursauts gamma, surtout dans le contexte des noyaux galactiques actifs.

Dans l'ensemble, le GRB 191019A constitue une étude de cas significative qui remet en question les hypothèses précédentes sur les sursauts gamma et encourage une réévaluation des environnements dans lesquels ils se produisent. Les implications de ces découvertes vont au-delà de cet événement et suggèrent un ensemble plus large de mécanismes pouvant mener à des caractéristiques variées de GRB, enrichissant notre compréhension des phénomènes les plus énergétiques de l'univers.