Grâce au satellite Swift et à plusieurs télescopes optiques au sol, les astronomes en apprennent davantage sur les sursauts de rayons gamma dits «sombres», qui sont brillants dans les émissions de rayons gamma et X mais avec peu ou pas de lumière visible. Ces rafales sombres fournissent également aux astronomes des informations sur la recherche de zones de formation d'étoiles cachées par la poussière. "Notre étude fournit des preuves convaincantes qu'une grande partie de la formation d'étoiles dans l'univers est cachée par la poussière dans les galaxies qui ne semblent pas autrement poussiéreuses", a déclaré Joshua Bloom, professeur agrégé d'astronomie à UC Berkeley et auteur principal de l'étude, qui a présenté ses conclusions à la réunion de l'American Astronomical Society en Californie.
Les sursauts gamma sont les plus grandes explosions de l'univers, capables de produire tellement de lumière que les télescopes au sol la détectent facilement à des milliards d'années-lumière. Pourtant, depuis plus d'une décennie, les astronomes se sont interrogés sur la nature des soi-disant rafales sombres, qui produisent des rayons gamma et des rayons X mais peu ou pas de lumière visible. Ils représentent environ la moitié des rafales détectées par le satellite Swift de la NASA depuis son lancement en 2004.
L'étude révèle que la plupart se produisent dans des galaxies normales détectables par de grands télescopes optiques au sol.
"Une explication possible des éclats sombres était qu'ils se produisaient si loin que leur lumière visible était complètement éteinte", a déclaré Bloom. Grâce à l'expansion de l'univers et à l'épaississement d'un brouillard d'hydrogène gazeux à des distances cosmiques croissantes, les astronomes ne voient aucune lumière visible provenant d'objets à plus de 12,9 milliards d'années-lumière de distance. Autre possibilité: des rafales sombres explosaient dans les galaxies avec des quantités inhabituellement épaisses de poussière interstellaire, qui absorbaient la lumière d'une rafale mais pas son rayonnement de plus haute énergie.
À l'aide de l'un des plus grands télescopes optiques du monde, le Keck I de 10 mètres à Hawaï, l'équipe a recherché des galaxies inconnues aux emplacements de 14 éclats sombres découverts par Swift. "Pour onze de ces rafales, nous avons trouvé une galaxie faible et normale", a déclaré Daniel Perley, l'étudiant diplômé de l'UC Berkeley qui a dirigé l'étude. Si ces galaxies étaient situées à des distances extrêmes, même le télescope Keck ne pourrait pas les voir.
La plupart des sursauts gamma se produisent lorsque des étoiles massives manquent de combustible nucléaire. Alors que leurs noyaux s'effondrent dans un trou noir ou une étoile à neutrons, les jets de gaz - entraînés par des processus mal compris - traversent l'étoile et explosent dans l'espace. Là, ils frappent le gaz précédemment libéré par l'étoile et la chauffent, ce qui génère des reflets de courte durée dans de nombreuses longueurs d'onde, y compris la lumière visible.
L'étude montre que les rafales sombres doivent être similaires, à l'exception des taches poussiéreuses dans leurs galaxies hôtes qui obscurcissent la plupart de la lumière dans leur rémanence.
Les astronomes ont observé 14 rafales dont la lumière optique était soit beaucoup plus faible que prévu ou complètement absente. Ils ont découvert que presque chaque salve de rayons gamma «sombres» a une galaxie hôte qui peut être détectée par de grands télescopes optiques.
La formation d'étoiles se produit dans des nuages denses qui se remplissent rapidement de poussière à mesure que les étoiles les plus massives vieillissent et explosent rapidement, crachant des éléments nouvellement créés dans le milieu interstellaire pour ensemencer une nouvelle formation d'étoiles. Par conséquent, les astronomes supposent qu'une grande quantité d'étoiles se forme dans les galaxies remplies de poussière, bien que mesurer la quantité de poussière accumulée par ce processus dans les galaxies les plus éloignées se soit avéré extrêmement difficile.
On pense que les étoiles explosent alors que les sursauts gamma vivent vite et meurent jeunes. Les rafales sombres peuvent représenter des étoiles qui ne se sont jamais éloignées des nuages poussiéreux qui les ont formées.
Des sursauts gamma ont été détectés dans des longueurs d'onde infrarouges allant jusqu'à 13,1 milliards d'années-lumière. "Si les sursauts gamma étaient fréquents il y a 13 milliards d'années - moins d'un milliard d'années après la formation de l'univers - nous devrions en détecter un grand nombre", a expliqué S. Bradley Cenko, membre de l'équipe, également à UC Berkeley. "Nous ne le faisons pas, ce qui indique que les premières étoiles se sont formées à un rythme moins effréné que certains modèles ne l'ont suggéré."
Les astronomes concluent que moins d'environ 7% des rafales sombres peuvent se produire à de telles distances, et ils proposent des observations radio et micro-ondes des nouvelles galaxies pour mieux comprendre comment leurs régions poussiéreuses bloquent la lumière. Un document sur les résultats a été soumis à The Astronomical Journal.
Source: NASA, UC Berkeley, AAS
