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Les sursauts gamma font partie des événements les plus énergétiques de l’Univers. Si les observations de ces dernières années ont permis aux astrophysiciens d’en apprendre plus sur ces événements, de nombreuses zones d’ombre persistent encore. L’année dernière, une équipe d’astrophysiciens américains mettait en évidence l’existence d’un phénomène de réversibilité temporelle apparente dans six sursauts gamma. Et récemment, des chercheurs ont proposé une explication quant à ce phénomène, impliquant l’effet Tcherenkov.

De nouvelles recherches suggèrent une réponse potentielle à ce qui pourrait causer cet effet de réversibilité temporelle. Si les ondes au sein des jets relativistes qui produisent des sursauts gamma se propagent plus rapidement que la lumière dans ce milieu, l’un des effets pourrait effectivement être une réversibilité temporelle apparente. L’étude a été publiée dans la revue The Astrophysical Journal.

De telles ondes « supraluminiques » pourraient être possibles. Lorsque la lumière traverse un milieu (tel qu’un gaz ou un plasma), sa vitesse de phase est légèrement inférieure à c — la vitesse de la lumière dans le vide. Par conséquent, une onde pourrait traverser un sursaut gamma à des vitesses supérieures à celle de la lumière dans ce milieu, sans rompre la relativité.

Les sursauts gamma sont l’un des phénomènes les plus énergétiques de l’Univers. Ils peuvent durer de quelques millisecondes à plusieurs heures, ils sont extrêmement brillants et les astrophysiciens ne connaissent pas encore précisément leur mécanisme.

D’après les observations de 2017 concernant la collision d’étoiles à neutrons, ces événements peuvent créer des sursauts gamma. Les astronomes pensent également que de telles explosions se produisent lorsqu’une étoile massive qui tourne rapidement s’effondre dans un trou noir, éjectant violemment de la matière dans l’espace environnant.

L’existence d’un effet Tchrenkov au sein des sursauts gamma

Lorsqu’elles traversent un milieu autre que le vide, les particules peuvent se déplacer plus rapidement que la lumière dans ce milieu. Ce phénomène est responsable du célèbre rayonnement Tcherenkov, provoquant un flash de lumière bleue. Cette lueur est produite lorsque des particules chargées telles que des électrons se déplacent plus rapidement dans l’eau que la vitesse de phase de la lumière.

Les astrophysiciens Jon Hakkila du College of Charleston et Robert Nemiroff de la Michigan Technological University croient que ce même effet peut être observé dans des sursauts gamma et ont procédé à une modélisation mathématique pour démontrer comment.

tcherenkov

Lorsqu’une particule chargée se déplace plus rapidement que la lumière dans l’eau, une radiation bleutée peut être émise : c’est l’effet Vavilov-Tcherenkov. Cet effet pourrait également se produire dans les sursauts gamma. Sur cette photo, l’on aperçoit l’effet Tcherenkov au sein de l’Advanced Test Reactor. Crédits : ATR/Idaho National Laboratory

« Dans ce modèle, une onde d’impact dans un jet de rayons gamma en expansion accélère de vitesses subluminiques à supraluminiques, ou décélère de vitesses supraluminiques à subluminiques. L’onde de percussion interagit avec le milieu environnant pour produire un rayonnement de collision de type Tcherenkov et/ou un autre rayonnement lorsqu’elle se déplace plus rapidement que la lumière, et d’autres mécanismes (tel que le rayonnement de choc thermalisé de Compton ou synchrotron) lorsqu’elle se déplace plus lentement que la lumière » écrivent les chercheurs.

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« Ces transitions créent un ensemble de caractéristiques de courbes lumineuses (relatives aux sursauts gamma), à la fois en avance et en inversion dans le temps, au cours du processus de doublage d’images relativistes ».

Sur le même sujet : Effet Vavilov-Tcherenkov : il peut aussi se produire dans le vide quantique

Réversibilité temporelle apparente : le phénomène de doublage d’images relativistes en cause

Cet effet de doublage d’images relativistes se produit potentiellement dans les détecteurs Tcherenkov. Lorsqu’une particule chargée se déplaçant à une vitesse proche de la vitesse de la lumière pénètre dans l’eau, elle se déplace plus rapidement que le rayonnement Tcherenkov qu’elle produit et peut donc sembler hypothétiquement se trouver à deux endroits à la fois : une image apparaît se déplacer en avant dans le temps et l’autre semble remonter le temps.

mecanisme tcherenkov gamma

Schéma expliquant le mécanisme sous-tendant la réversibilité temporelle apparente des courbes lumineuses gamma. Crédits : Jon Hakkila et al. 2019

Ce dédoublement n’a pas encore été observé expérimentalement, mais si cela se produit, il pourrait également être responsable de la réversibilité temporelle observée dans les courbes de lumière gamma détectée, à la fois lorsque l’onde de choc traversant le milieu du jet accélère à une vitesse supérieure à celle de la lumière dans ce milieu et décélère à une vitesse subluminique.

Toutefois, un long travail est encore nécessaire. Les chercheurs supposent que le facteur responsable de la création d’un sursaut gamma serait une onde à grande échelle produite par des modifications de la densité ou du champ magnétique, par exemple. Cela nécessitera une analyse plus approfondie.

Cependant, selon les scientifiques, leur modèle fournit de meilleures explications sur les caractéristiques des courbes de lumière gamma que les modèles qui n’incluent pas la réversibilité temporelle.

« Les modèles standard de sursauts gamma ont négligé les propriétés de la courbe de lumière réversible dans le temps. Le mouvement du jet supraluminique tient compte de ces propriétés tout en conservant un grand nombre de caractéristiques de modèle standard » conclut Hakkila.

Sources : The Astrophysical Journal

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