The origin of the gamma ray bursts is one of the most challenging questions of the 21st century. Although proven to be related to cosmological events, they are so powerful that, until 1973, they were formerly interpreted as resulting from nuclear bomb test on earth !

GRB-f1.jpg Figure 1 : Hubble Space Telescope image (made in 2001) of the ESO-184-G82 galaxy where a gamma ray burst occurs in 1998. The picture shows the location of the residual of the associated supernova that exploded 3000 light-years away from the massive star region. Click on the image to enlarge it

Two scenarios for an unique explosion

A gamma ray burst phenomenon indicate the death of a star which has mass from 30 to 100 times that of our Sun. This death is accompanied by the star collapse, and the emission of a considerable energy. This is a rare and spectacular event since it occurs approximately for only 1 massive star among 10000. One scenario assumes an extremely fast rotating star losing its envelope and then collapsing with the emission of a high energetic short burst. A second scenario supports a fusion between a star and its companion to be responsible of that burst. These two scenarios are still debated. They are however supported by the recent discovery of supernova which seem to be systematically associated to the gamma ray bursts.

Gamma ray bursts are always offset from massive star regions

By scrutinizing the residuals of a 1998 gamma ray burst in the galaxy ESO-184-G82, the French Swiss team has noticed the nearby presence of very numerous massive stars in the host galaxy. These stars, namely Wolf-Rayet stars, or WR (from the names of two astroomers from Paris Observatory), are well known to be often fast rotating and generally end their life in a supernova explosion. They have been often considered as being ideal to be progenitors of gamma ray bursts. Surprisingly, the gamma ray burst had occurred 3000 light-years off the compact star clusters including the massive stars (Figure 1). This unexpected offset has been confirmed by examination of other cases for which the team had images of sufficient quality. How can this be understood ?

Strong interactions between massive stars

The French Swiss team has found a natural explanation for explaining those puzzling properties. Massive stars are subjected to strong interactions within the core of massive stellar super clusters. Some of them can be kicked out after such events, such as a ball in a billiards game. Then having acquired large angular momentum the runaway star travel for few millions years, lose its envelope before exploding as a supernova and with a gamma ray burst. Its rapid rotation favors an emission of energy (and gamma rays) strongly dissymmetric.

Solving the enigma of gamma ray burst

Such unusual encountering between massive stars would easily account for the rarity of massive stars that end their life in a gamma ray burst. This brings a new contribution to the understanding of the origin of gamma ray bursts, which are among the most fascinating and brightest sources of the Universe.

(1) The team consists of François Hammer, Hector Flores, Emeric Le Fl’och and Mathieu Puech for l’Observatoire de Paris (GEPI) and Daniel Schaerer and Miroslava Dessauges for l’Observatoire de l’Université de Genève See also the Press Release de l’Observatoire de Genève

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Reference Article 2006, Astronomy & Astrophysics in press "Detection of Wolf-Rayet stars in host galaxies of Gamma-ray bursts (GRBs) : are GRBs produced by runaway massive stars ejected from high stellar density regions ?" F. Hammer, H. Flores, D. Schaerer, M : Dessauges-Zawadsky, E : Le Fl’och, M. Puech

Contact François Hammer (Observatoire de Paris, GEPI) Hector Flores (Observatoire de Paris, GEPI)

Dernière modification le 4 mars 2013

Les astrophysiciens ne craignent pas les mystères. Parmi eux, le sursaut gamma, un phénomène qui prend l’aspect d’un éclair surpuissant et qu’on interpréta comme le signe d’un essai nucléaire jusqu’en 1973 ! On sait aujourd’hui que ces sursauts sont liés à la mort des étoiles dites « massives », des astres dont la masse fait 30 à 100 fois celle de notre soleil. Les spécialistes conçoivent deux scénarios possibles pour ce décès en grandes pompes. L’un d’eux vient d’être affiné par des chercheurs de l’Observatoire de Paris et de l’Observatoire de Genève.

GRB-f1.jpg Figure 1 : Image réalisée en 2001 par le Télescope Spatial de la galaxie ESO-184-G82, dans laquelle a été observé un sursaut gamma en 1998. L’image montre que la position du sursaut gamma, (accompagné d’une supernova) est située à3000 années-lumière de la région contenant les étoiles massives. Cliquer sur l’image pour l’agrandir

Deux hypothèses pour une explosion unique

Deux hypothèses prévalaient à l’émission de rayonnement gamma qui se produit lors d’un sursaut du même nom. Il faut savoir que le phénomène signale la fin d’une étoile massive et que cette disparition s’achève dans tous les cas par un effondrement de l’étoile et l’émission d’une énergie considérable (le phénomène de supernova). Mais dans un cas sur 10000 l’explosion est spectaculaire, et comporte une émission gamma. On impute cette dernière à la rotation exagérément accélérée de l’étoile, qui perd son enveloppe et finit par s’effondrer sur elle-même -ou collapser. Un autre scénario tient pour responsable de cette explosion spectaculaire la fusion de l’étoile avec une de ses pairs, fusion qui a lieu au terme d’un bal fou où les deux astres tourbillonnent. Ces deux cas de figure, qui fournissent les conditions théoriques d’apparition des sursauts gamma, font encore l’objet de débats. Ils sont cependant fortement renforcés par la découverte, récente, de supernovae associées à ces événements. Les chercheurs ont étudié de nouveaux indices pour résoudre l’énigme.

Un éloignement systématique

En s’intéressant aux traces lumineuses qu’un sursaut gamma datant de 1998 a laissées dans la galaxie ESO-184-G82, l’équipe franco-suisse a remarqué, à proximité, la présence de très nombreuses autres étoiles massives dans un amas stellaire compact. Ces étoiles, appelées Wolf-Rayet, ou WR (d’après les noms de deux astronomes de l’Observatoire de Paris), sont souvent en rotation rapide et finissent généralement leur vie en explosant comme supernova. Elles sont donc considérées comme d’excellentes candidates pour la production des sursauts gamma. Les images de la galaxie hôte du sursaut gamma ont montré de manière très étonnante que ce dernier n’avait pas eu lieu au coeur de l’amas, mais dans une région bien moins dense, située à près de 3000 années-lumière de là (Figure 1). Intrigués par cet éloignement, les chercheurs ont examiné d’autres cas et ont systématiquement retrouvé une distance comparable, qui semble séparer les zones où s’est produit un sursaut gamma des groupements d’étoiles massives. Que s’est-il passé ?

Quand les étoiles massives se chahutent

Revenons à la ronde frénétique qu’exécute une étoile massive éjectée de son amas. Pour l’équipe de chercheurs, elle démarre avec les chocs que les étoiles massives infligent à l’une d’entre elles au sein d’un amas compact. La « malheureuse » se met à tourner de plus en plus vite sur elle-même, avant de se faire éjecter de ce « jeu de billard ». Elle voyage durant 2 à 3 millions d’années, jusqu’à se retrouver à 3000 années-lumière du paquet stellaire où elle se trouvait initialement. Elle perd alors son enveloppe qui a été fragilisée dans l’aventure, puis finit par s’effondrer et mourir dans un sursaut gamma. Sa rotation rapide favorise une émission d’énergie (et de rayons gamma) fortement dissymétrique.

Le mystère dévoilé ?

Ces rencontres inhabituelles fournissent une explication naturelle à la rareté des étoiles massives qui terminent leur vie sous forme d’explosions les plus brillantes qu’il soit donné d’observer dans l’Univers. Le principe de l’étoile voyageuse, sort renforcé par d’autres observations réalisées avec le Télescope Spatial. Il apporte une contribution importante à la compréhension des sursauts gamma, ces phares cosmiques permettant de baliser les confins de l’Univers, du fait de leur rayonnement surpuissant.

(1) Equipe constituée de François Hammer, Hector Flores, Emeric Le Fl’och et Mathieu Puech pour l’Observatoire de Paris (GEPI) et Daniel Schaerer et Miroslava Dessauges pour l’Observatoire de l’Université de Genève Voir aussi la Press Release de l’Observatoire de Genève ----
Référence Article 2006, Astronomy & Astrophysics sous presse "Detection of Wolf-Rayet stars in host galaxies of Gamma-ray bursts (GRBs) : are GRBs produced by runaway massive stars ejected from high stellar density regions ?" F. Hammer, H. Flores, D. Schaerer, M : Dessauges-Zawadsky, E : Le Fl’och, M. Puech

Contact François Hammer (Observatoire de Paris, GEPI) Hector Flores (Observatoire de Paris, GEPI)

Dernière modification le 22 février 2013