Séminaire Astro-PSA (V) : Observations des sursauts gammas avec le satellite FERMI

Observations des sursauts gammas avec FERMI

par Frédéric PIRON (LUPM)

Découverts à la fin des années 1960, les sursauts gamma sont de fulgurantes bouffées de photons de haute énergie apparaissant de façon aléatoire et isotrope dans le ciel. Cette émission intense de lumière peut durer de quelques milli-secondes à quelques minutes, puis son flux décroît rapidement dans les heures et jours qui suivent. Alors que l'émission initiale (le "sursaut" proprement dit) est principalement observée dans le domaine des rayons X durs et gamma, l'émission rémanente se décale rapidement aux plus basses énergies, dans les domaines X, optique et radio. Les observations des émissions rémanentes, découvertes en 1997, ont montré que les sursauts gamma se situent dans des galaxies lointaines, à une distance cosmologique qui les place parmi les sources astrophysiques les plus brillantes de l’Univers. La plupart des sursauts gamma proviendraient de l'effondrement en trou noir du coeur d'étoiles très massives à la fin de leur vie. La formation du trou noir s'accompagne d'une violente éjection de plasma qui expulse une partie de la matière de l'étoile sous forme d'un jet filant à une vitesse très proche de celle de la lumière. L'émission initiale résulterait des ondes de chocs qui accélèrent les particules au sein du jet, et l'émission rémanente signerait le freinage de ce dernier dans sa course à travers le milieu circum-stellaire.

Depuis sa mise en orbite en juin 2008, l'observatoire spatial Fermi a permis des avancées remarquables dans la compréhension des sursauts gamma. La moisson de résultats obtenus par Fermi a été rendue possible par la combinaison des instruments GBM ("Gamma-ray Burst Monitor") et LAT ("Large Area Telescope"), couvrant un domaine spectral s’étendant sur plus de six ordres de grandeur en énergie, d'environ 10 keV jusqu'à plusieurs dizaines de GeV. Je débuterai par un bref historique des observations des sursauts gamma. Je décrirai ensuite les performances des deux instruments GBM et LAT, et passerai en revue les propriétés spectro-temporelles des sursauts gamma qu'ils ont révélées. Je détaillerai en particulier les résultats du premier catalogue LAT de sursauts gamma. Je discuterai finalement les implications physiques immédiates de ces observations et les questions qu'elles soulèvent pour la modélisation physique.