Deux études s’opposent sur les origines d’un puissant phénomène qui a laissé des traces dans nos arbres et la glace de l’antarctique.

Le seul élément sur lequel tout le monde peut s’entendre, c’est que quelque chose d’étrange s’est produit en l’an 774 et cela a engendré une surabondance de particules de hautes énergies dans l’atmosphère de la Terre. Depuis, l’origine de l’évènement est restée l’objet de discorde. Et il est de nouveau d’actualité cette semaine, avec une nouvelle étude qui pointe du doigt un phénomène rare appelé court sursaut de rayons gamma.

Ce avec quoi tout le monde s’accorde concerne un pic anormalement important de la quantité de carbone radioactif (carbone 14) dans les cernes des arbres (les cercles concentriques d’un tronc d’arbre) qui remontaient à l’an 774. Ce qui est apparemment en corrélation avec le moment de la montée subite d’isotopes spécifiques du béryllium, détectés dans les carottes de glace de l’Antarctique. Ces deux isotopes sont le produit de collisions qui ont lieu dans notre atmosphère, produit par des particules énergétiques qui frappent certains des gaz qui y résident normalement.

La première supposition, et qui a engendré le plus d’excitation, était celle d’une supernova voisine. Malheureusement, les supernovas qui sont proches ont tendance à être assez évidentes. À une exception près, le témoignage d’un "crucifix rouge" dans le ciel de Grande-Bretagne, personne ne semble avoir remarqué quelque chose d’inhabituel. Encore plus problématique, la plupart des supernovas laissent un vestige, un nuage composé de matière chaude en expansion, avec une étoile à neutrons ou un trou noir en son centre. Le problème, c’est que rien n’a été trouvé dans le ciel, dans la partie des rayons X du spectre, en fonction de l’époque et de la distance.

C’est là que les choses ont pris une nouvelle tournure, à la fin de l’année dernière, quand un groupe de scientifiques a trouvé une faille logique dans la précédente recherche. La description originale de l’anomalie isotopique mettait de côté le soleil, car il n’avait pas engendré de grandes éruptions de particules suffisamment énergétiques. Mais, les calculs supposent que l’éruption de particules énergétiques à partir du Soleil se serait répartie uniformément, dans toutes les directions. Les éruptions du Soleil sont en fait directionnelles, donc l’énergie totale impliquée dans l’évènement est beaucoup plus faible.

De nouveaux calculs précise que l’énergie totale impliquée représente environ 20 fois la taille du plus grand évènement solaire dans l’histoire humaine : l’éruption solaire de 1859.

Ci-dessous : Un magnétogramme solaire enregistré à l’observatoire de Greenwich à Londres pendant l’éruption solaire de 1859 et sa représentation par le peintre anglais Frederic Edwin Church. (BGS)

Bien que nous n’ayons jamais vu le soleil produire quoi que ce soit à cette échelle, nous avons observé ce genre d’éruptions à partir d’autres étoiles semblables au Soleil dans notre galaxie.

Cela semble fournir une explication plausible à la flambée de ces deux isotopes. Mais les nouveaux calculs de la force de l’éruption solaire n’ont été publiés qu’en décembre, à ce moment-là, le document qui a été publié cette semaine était probablement encore en cours d’évaluation par les pairs (peer-reviewed, approuvé et  validé par un groupe de scientifique de la même discipline). Et il adopte une alternative tout à fait différent, en se concentrant sur des évènements cosmiques beaucoup plus extrêmes.  

Les brefs (courts, pas plus de 2 secondes) sursauts gamma sont généralement considérés comme le résultat de la fusion de deux objets compacts, tels que les naines blanches ou les étoiles à neutrons. Le phénomène peut se produire sans qu’il y ait une grosse explosion, donc sans produire un champ de débris. Mais il peut produire un flash intense de photons à l’énergie extrêmement élevée.

Ci-dessous : représentations artistiques de Dana Berry pour la NASA du rapprochement et de la fusion de deux étoiles à neutrons (animées par votre Guru).

L’illustration d’une observation lointaine de l’évènement. Dans la troisième image, nous voyons deux jets (qui émettent les rayons gamma) propulsés loin du site de collision.

Pour citer un exemple tiré de l’étude (lien plus bas) :

Par exemple, la fusion de deux étoiles à neutrons magnétisées peut produire un trou noir en rotation éjectant un jet relativiste comme on l’observe dans le cas des court SRG (sursauts de rayons gamma).

Les auteurs de la nouvelle recherche ont effectué des calculs, et les sursauts gamma ont été observés avec le bon type d’énergies pour créer les isotopes que nous voyons, à condition que l’événement ait eu lieu au sein de la Voie Lactée ou dans l’une de ses galaxies satellites. Et, grâce aux observations de leur fréquence dans l’Univers en général, nous pouvons calculer combien de fois elles se produisent dans notre propre galaxie, soit tous les 3,7 millions d’années, bien que la marge d’erreur soit assez grande.

Cependant, en effectuant les calculs d’une manière différente, cela donne une estimation très différente. Basé sur le nombre de systèmes binaires d’objets denses, on peut estimer que les fusions ont lieu environ une fois tous les 5000 ans. Ce qui serait juste dans la tranche de résultat de l’erreur du plus premier calcul.. Mais il y a un petit problème : dans la plupart des cas, les faisceaux générés lors de la fusion ne pointeraient pas vers la Terre. Ainsi, le nombre réel est d’environ un cas, comme celui-ci, tous les 40 000 ans.

Malgré les énormes incertitudes, les auteurs aiment beaucoup leur modèle. Ils l’aiment tellement, en fait, qu’ils concluent que “l’excursion isotopique est la première preuve d’un court sursaut gamma dans notre galaxie." Bien sûr, ils n’avaient pas vu le document plus récent qui mettait en cause le Soleil quand ils ont écrit cela. Un événement de protons solaires et un court sursaut gamma sont les deux explications possibles, mais sur la base des taux que nous connaissons dans l’Univers, l’explication des sursaut gamma a environ 10 000 fois moins de chances d’être vrai dans cette période de temps.

Le problème, bien sûr, c’est que la plupart de éventuelles causes sont extrêmement rare et personne, ayant des connaissances en astronomie moderne, n’était là pour les décrire quand cela s’est produit. Et, compte tenu de la façon dont nous sommes dépendants de toute l’électronique en orbite au-dessus de nos têtes, je doute que quelqu’un souhaite être présent lors de l’évènement.

L’étude (hypothèse du bref sursaut de rayons gamma) publiée cette semaine sur The monthly notices of the Royal Astronomical Society : A Galactic short gamma-ray burst as cause for the 14C peak in AD 774/5.

L’étude (hypothèse de l’éruption solaire) publiée en novembre 2012 sur Nature : Causes of an ad 774–775 14C increase.

Les images de la fusion de deux étoiles à neutrons à partir de la NASA.