Le télescope spatial Integral de l'ESA a détecté un sursaut gamma sans précédent provenant de l'explosion d'une étoile lointaine, provoquant de graves perturbations de l'ionosphère terrestre. Cet événement a été le plus brillant et le plus puissant de ce type jamais enregistré, ce qui a amené les chercheurs à explorer les liens potentiels avec les extinctions massives tout au long de l'histoire de la Terre.

Le télescope spatial Integral de l'ESA a détecté un sursaut gamma massif frappant la Terre. L'explosion a provoqué de graves perturbations dans l'ionosphère de notre planète. De telles perturbations sont généralement associées à des événements de particules de haute énergie sur le Soleil, mais cette fois-ci, elles résultent de l'explosion d'une étoile située à près de 2 milliards d'années-lumière. L'analyse de l'impact de l'explosion peut fournir des informations sur les extinctions massives de l'histoire de la Terre.

Le 9 octobre 2022, à 15 h 21, heure d'Europe centrale, de nombreux satellites à haute énergie en orbite proche de la Terre, y compris la mission Integral de l'ESA, ont détecté un sursaut gamma (GRB) extrêmement brillant et persistant.

Cette œuvre d'art représente les graves perturbations de l'ionosphère terrestre causées par de puissantes explosions de rayons gamma. C'est le résultat d'un sursaut gamma (GRB) provenant de l'explosion d'une supernova d'une étoile dans une galaxie située à près de 2 milliards d'années-lumière. Source de l'image : ESA/ATGEurope ; CCBY-SA3.0IGO

Le Laboratoire international d'astrophysique des rayons gamma (Integral) a été lancé par l'ESA en 2002 et détecte depuis lors des sursauts gamma presque tous les jours. Pourtant, ce sursaut gamma, baptisé GRB221009A, est tout sauf ordinaire. "Il s'agit probablement du sursaut gamma le plus brillant que nous ayons jamais détecté", a déclaré Mirko Piersanti de l'Université de L'Aquila en Italie.

Les sursauts gamma étaient autrefois des événements mystérieux, mais ils sont désormais reconnus comme des sursauts d'énergie provenant d'explosions stellaires appelées supernovae, ou de la collision de deux étoiles à neutrons ultra-denses.

Le co-auteur Pietro Ubertini de l'Institut national d'astrophysique de Rome, en Italie, a déclaré : « Nous mesurons les sursauts gamma depuis les années 1960, et il s'agit du sursaut gamma le plus puissant jamais mesuré. En fait, il est si fort que l'enregistrement le plus proche est dix fois plus faible. Selon les statistiques, un GRB aussi puissant que GRB221009A ne se produit qu'une fois tous les 10 000 ans.

Impact sur l’ionosphère terrestre

Moins de 800 secondes après que les rayons gamma ont frappé la Terre, l’explosion a produit suffisamment d’énergie pour activer les détecteurs de foudre en Inde. Les instruments allemands ont capturé des signes indiquant que l'ionosphère terrestre était perturbée par l'explosion pendant plusieurs heures. Cette énergie extrême a donné l'idée à l'équipe de recherche de rechercher l'impact de l'explosion sur l'ionosphère terrestre.

L'ionosphère est la couche de la haute atmosphère terrestre qui contient des gaz chargés électriquement appelés plasma. Sa hauteur varie de 50 kilomètres à 950 kilomètres. Les chercheurs appellent cela l’ionosphère supérieure au-dessus de 350 kilomètres et l’ionosphère inférieure en dessous de 350 kilomètres. L’ionosphère est très fragile et les vaisseaux spatiaux peuvent maintenir leur orbite dans la majeure partie de celle-ci.

L'un d'eux est le satellite sismologique et électromagnétique chinois (CSES), également connu sous le nom de « Zhang Heng », une mission spatiale menée conjointement par la Chine et l'Italie. Lancé en 2018, il surveille les changements dans le comportement électromagnétique de la surface supérieure de l'ionosphère. Sa tâche principale est d'étudier les liens possibles entre les changements dans l'ionosphère et l'apparition d'événements sismiques tels que les tremblements de terre, mais il peut également étudier l'impact de l'activité solaire sur l'ionosphère.

Mirko et Pietro, tous deux membres de l'équipe scientifique du CSES, ont réalisé que si le GRB avait provoqué une perturbation, le CSES l'aurait vu. Mais ils ne pouvaient pas en être sûrs. "Nous avons recherché cet effet dans le passé sur d'autres sursauts gamma, mais nous n'avons rien vu", a déclaré Pietro.Cette illustration montre les composants des sursauts gamma longs les plus courants. Le noyau d’une étoile massive (à gauche) s’effondre pour former un trou noir, qui éjecte les particules qui traversent l’étoile en train de s’effondrer dans l’espace à une vitesse proche de celle de la lumière. Le rayonnement à travers le spectre provient d'un gaz ionisé chaud (plasma) à proximité du trou noir naissant, de collisions entre des coques de gaz se déplaçant rapidement à l'intérieur du jet (onde de choc interne) et du rayonnement produit lorsque le bord d'attaque du jet traverse et interagit avec son environnement (onde de choc externe). Source : Centre de vol spatial Goddard de la NASA

Dans le passé, des GRB affectant la face inférieure de l'ionosphère ont été découverts la nuit, lorsque l'influence du Soleil avait disparu, mais aucun GRB affectant la face supérieure n'a jamais été trouvé. Cela amène les gens à croire qu'au moment où il atteint la Terre, la puissance explosive du GRB n'est plus assez puissante pour produire des changements dans la conductivité de l'ionosphère, entraînant des changements dans le champ électrique.

Cette fois, cependant, lorsque les scientifiques ont regardé, leur chance a été différente. L'effet est clair et fort. Pour la première fois, ils ont observé de fortes perturbations sous la forme de forts changements de champ électrique sur la face supérieure de l’ionosphère.

L’impact considérable des sursauts gamma

Ce sursaut gamma particulier s’est produit dans une galaxie située à près de 2 milliards d’années-lumière, donc il y a 2 milliards d’années, mais il disposait encore de suffisamment d’énergie pour affecter la Terre. Alors que le Soleil est généralement la principale source de rayonnement suffisamment importante pour affecter l'ionosphère terrestre, ce GRB a déclenché des instruments généralement utilisés pour étudier les explosions géantes dans l'atmosphère du Soleil, connues sous le nom d'éruptions solaires. Laura Hayes, chercheuse et physicienne solaire de l'ESA, a déclaré : "Il convient de noter que cette perturbation a affecté la couche la plus basse de l'ionosphère terrestre, à seulement des dizaines de kilomètres de la surface de la Terre, laissant une empreinte comparable à une grande éruption solaire."

Cette empreinte prend la forme d’une ionisation accrue dans l’ionosphère inférieure. Le phénomène a été détecté dans des signaux radio à très basse fréquence rebondissant entre le sol et la basse ionosphère terrestre. "Essentiellement, nous pouvons dire que l'ionosphère s'est "déplacée" vers une altitude plus basse", explique Laura. "Nous le détectons dans la façon dont les ondes radio rebondissent le long de l'ionosphère."

Laura a publié ces résultats en 2022. "Cela renforce notre idée selon laquelle les supernovae dans la Voie lactée pourraient avoir des conséquences plus graves", a-t-elle expliqué. Il y a eu un débat intense sur les conséquences possibles des sursauts gamma dans la Voie lactée.

Dans le pire des cas, les sursauts gamma affectent non seulement l'ionosphère, mais pourraient également endommager la couche d'ozone, permettant ainsi au dangereux rayonnement ultraviolet du soleil d'atteindre la surface de la Terre. On suppose que cet effet pourrait être l’une des causes de certains événements d’extinction massive survenus sur Terre dans le passé. Mais pour étudier cette idée, nous avons besoin de plus de données.

Maintenant qu’ils savent quoi rechercher, l’équipe a commencé à parcourir les données collectées par le CSES et à les relier à d’autres sursauts gamma observés par Integral. Même si elles ne peuvent remonter qu’au lancement du CSES en 2018, des missions de suivi sont déjà prévues, garantissant que cette nouvelle fenêtre fascinante continuera à s’ouvrir sur la manière dont la Terre interagit avec l’univers très lointain.